The Design of Sliding Mode Controller with Nonlinear Sliding Surfaces

Abstract This study develops a variable structure controller using the time-varying nonlinear sliding surface instead of the fixed sliding surface, which has been the robustness against parameter variations and extraneous disturbance during the reaching phase. By appling TS algorithm to the regulation of the rionlinear sliding surface, the reaching time of the system trajectory is faster than the fixed method. This proposed scheme has better performance than the conventional method in reaching time, parameter variation and extraneous disturbance. The effectiveness of the proposed control scheme is verified by simulation results. Key Words : Plants of Auto-equipment Systems, Robustness Control, Variable structure control, Neural Network Sliding mode, Nonlinear systems 이 논문은 2009년도 청운대학교 교내학술연구비 지원에 의해 연구되었음 . * 교신저자: 조현섭(chohs@chungwoon.ac.kr)접수일 09년 11월 10일 수정일 09년 12월 09일 게재확정일 09년 12월 16일 1. 서론 기존 설비시스템의 적응제어 기법은 동적 시스템의 수학적 모형을 필요로 하며, 동적 시스템은 비선형성을 가지고 있으며, 비선형 특성이 심한 시스템의 제어는 아주 어렵다. 실제로 동적시스템의 모형은 비선형성, 불확정성, 시간지연, 시변 시스템의 변수, 구조등에 의해서 정확하게 기술한다는 것은 불가능하다. 가변 구조 제어방식은 비선형 시스템에 대하여 안정성을 보장할 수 있고, 외란이나 잡음에 대하여도 매우 강인함은 일반적으로 잘 알려진 사실이다[1,2]. 하지만 시스템의 불확실성을 보상하며, 스위칭 평면상에서 시스템이 동작하기 위해서는 제어 입력 값의 급격한 변화가 요구된다. 이러한 급격한 입력 값의 변화는 스위칭 평면상에서 떨림 현상을 유발하게 되어 시스템의 모델링에서 미처 고려하지 않았던 고주파 성분이 문제가 되기도 한다. 이 떨림 현상을 제거하기 위해서 스위칭면을 엄격하게 고정시키는 것이 아니라 적당히 경계층을 도입하여, 경계층 영역 내에서 제어 입력 값을 연속적으로 근사화 시켜 사용했다[3]. 근래에, 퍼지이론을 이용한 제어가 여러 부분에서 시도되고 있고, 가변 구조 제어방식에도 퍼지 이론이 접목되었다[4,5]. 이는 경계층을 여러 개로 분할하여 소속 함수를 할당함으로써 오차와 오차 변화율의 크기에 따라 퍼지 추론이 수행된다. 이와 같이 스위칭 면을 엄격하게 고정시키는 것이 아니라 경계층을 도입함으로써 떨림 현상을 완화시키는 반면에 오차의 크기는 증가하였다. 또한 최근에 입․출력 관