针对轮式机器人轨迹跟踪问题,提出了一种利用滑模变结构算法构建的双环轨迹跟踪控制系统。在基于轮式机器人运动学模型基础上,针对该非线性欠驱动系统采用滑模变结构算法设计了能够保证全局范围内渐近稳定的轨迹跟踪控制器,并构建了双环控制系统。通过内环系统控制角速度,实现对方向角的跟踪;外环控制器得到控制角之后实现对速度的控制,使机器人达到期望位姿状态。文中利用Lyapunov稳定性理论对所设计的闭环系统进行了稳定性分析,并通过仿真进一步验证了该控制系统的有效性。

针对电子节气门控制中使用最多的PID算法,在参数发生漂变、存在扰动时会导致控制精度下降甚至不稳定的情况,提出了基于幂次指数趋近律的变结构算法。研究了幂次指数趋近律变结构算法的优势并将其应用于节气门控制,得出了算法控制精度高的结论。提出了通过求解微分方程来研究算法的鲁棒性,并从三个阶段对新算法进行了研究,最终通过加入扰动之后的仿真分析,得出了基于幂次指数趋近律的变结构算法可在系统建模不准、参数存在漂变、存在有界扰动时依然可精确控制电子节气门的结论。

为了提升挖掘机自动化水平,减少传感器使用数量,节约控制成本,本文设计了基于高增益观测器的滑模控制器,控制挖掘机铲斗轨迹。建立了挖掘机关节空间与驱动空间位移、速度与力之间的关系,对挖掘工况中常见的以定切削角直线整平作业进行了轨迹规划,并得到相应驱动空间中液压缸杆位移规划曲线。以伺服阀输入电压为控制输入,建立了挖掘机驱动空间,即伺服液压系统数学模型。其次在匹配不确定性与非匹配不确定性存在条件下,采用基于高增益观测器的滑模控制使液压缸杆位移跟踪规划值,并基于奇异摄动理论证明了闭环控制系统的稳定性。相较于以挖掘机关节转矩为控制输入,本文采用伺服阀电压作为控制输入更为直接且易于实践。采用高增益观测器对状态观测,可减少传感器的使用数量,节约整机控制成本。控制器的设计对一类问题具有广泛意义且

为了减小多缸液压机的同步控制误差和跟踪误差,设计了基于饱和函数控制律的改进型相邻交叉耦合控制器。以阀控电压为控制量,建立了四缸液压机同步系统的动力学模型。为了减少控制器输入量的数量并降低控制律的复杂度,改进了相邻交叉耦合控制器。为了减小滑模控制的抖振幅度,基于饱和函数提出了滑模层的概念,使滑模层内的系统状态在接近滑模面时的切换惯性减小,从而减弱了抖振问题。经仿真与实验验证,饱和函数控制律的抖振幅度远远小于符号函数控制律的抖振幅度;在仿真偏载情况下,最大稳态同步误差为0.03 mm,在实验偏载情况下,最大稳态同步误差为0.0413 mm,基于饱和函数控制律的改进型相邻交叉耦合控制器能够实现较高精度的同步控制。

探讨滑模变结构控制在煤矿机械液压系统上的可行性。设计并计算了滑模控制器,通过仿真分析滑模变结构控制的控制性能,通过实验验证了滑模控制在煤机上的应用可行性。滑模变结构控制可以实现对煤机动作油缸的高精度控制,抖振小、超调量小,对参数的不确定性具有很好的鲁棒性,但对煤机油液纯净度和传感器质量提出了更高的要求。

磨加工过程中砂轮的不平衡振动会对磨削精度、砂轮寿命产生不利的影响。该文以变结构控制理论为基础,通过建立平衡头数学模型,提出了采用基于组合趋近律的滑模变结构控制方法来控制平衡头内部的电机,调整偏心齿圈的位置,实现砂轮的在线动不平衡量补偿。基于MATLAB对控制算法进行平衡过程仿真,证明了控制算法的准确性。基于滑模变结构控制策略的系统进行试验分析,能够有效消除砂轮的振动不平衡,平衡精度达到（0~0.2）μm,验证了控制新策略的可行性。

分析了电动静液作动器（EHA，Electro-Hydrostatic Actuator）系统的结构组成与工作原理，建立了其数学模型，将滑模变结构控制用于控制EHA的位置环，建立了包含滑模变结构位置控制环、PI转速控制环、PI电流控制环的EHA控制器结构，并设计了滑模变结构控制器。最后使用AMESim和MATLAB软件建立了EHA机械、液压部分的模型和电机、控制器的模型，进行联合仿真，并对仿真结果进行分析。仿真结果表明，滑模变结构用于控制EHA是可行的，并且可以提高系统的频响，使系统获得较大的刚度和较好的稳态精度。

分析了机电作动器（Electronic—mechanical Actuator，EMA）系统的基本结构组成和工作原理，建立了其数学模型。将基于趋近律的滑模变结构控制策略应用于控制EMA的力伺服控制中，设计了双滑模变结构控制器。在AMESim和MATLAB中建立了EMA机械、电机、控制器的模型并进行联合仿真。最后将此控制策略与PID和前馈的复合控制策略进行对比分析。结果表明，基于趋近律的双滑模变结构控制策略用于控制EMA是可行的，并且可以提高系统的频响和加载精度，使力伺服系统有更好的动态性能。

针对大型液压固定式破碎机位置控制系统参数多变的特点，建立了破碎机大臂液压位置控制系统的数学模型，分析了其等效质量、固有频率和阻尼比与大臂、二臂位姿的关系，研究了传统PID和基于指数趋近率的滑模变结构控制算法的控制效果。仿真结果表明：基于指数趋近率的滑模变结构控制算法响应速度快，鲁棒性强，控制性能优于传统PID控制。

由于液压定位系统的数学建模中各种简化计算或者是系统建模参数的不精确导致了液压系统具有较差的鲁棒性能。采用常规的PID难以克服这些因数带来的影响。本文设计了一种滑模变结构控制器通过Lyapunov方程来分析滑模变结构的控制方法。通过仿真实验表明：本文设计的滑模控制策略能够保证系统定位控制处于精度控制范围之内同时也证明了滑模变结构控制策略在液压定位系统中具有很好的鲁棒性。