Sliding mode control provides insensitivity to parameter variations and disturbances. These robustness properties make this discontinuous control strategy very attractive. However, its implementation in the presence of unmodeled dynamics leads to high-frequency oscillations termed chattering. This effect degrades the control performance and might damage the system. Many current implementations suffer from this drawback. In this thesis, a novel sliding mode control strategy for mechanical systems with electric motors as actuators is proposed. The chattering problem is tackled by including actuator dynamics, which has so far been ignored, in the control unit design. The switching control law incorporates the dynamics of the electrical and the mechanical subsystem. The pulse width modulation (PWM) used in most present day implementations is eliminated and the controller directly drives the power switches. Hence, the discontinuous control inputs are the switched voltages applied to the motor. In addition, a comprehensive methodology to realize the proposed control scheme is developed. It allows the systematic design of sliding mode controllers for complex electromechanical systems. Compared to the existing design procedures, it is applicable to a wider class of systems. It can handle nonlinear systems governed by a set of coupled differential equations of arbitrary order in canonical form, as well as infinite dimensional systems. This thesis identifies and solves implementation issues of the generalized block control principle. Presented are necessary observers and a method to reject disturbances with known structure. The complete design procedure is illustrated by controlling an inverted pendulum system driven by a DC and a synchronous motor, as well as an induction machine. Simulations and experiments demonstrate the high performance and the robustness of the proposed control architecture. An essential contribution of this thesis is the position control of an induction machine that lays a foundation for building more robust and inexpensive robotic systems.     «

Sliding mode control provides insensitivity to parameter variations and disturbances. These robustness properties make this discontinuous control strategy very attractive. However, its implementation in the presence of unmodeled dynamics leads to high-frequency oscillations termed chattering. This effect degrades the control performance and might damage the system. Many current implementations suffer from this drawback. In this thesis, a novel sliding mode control strategy for mechanical system...     »

Sliding Mode Regelungen zeichnen sich durch hohe Robustheit gegenüber Parameterunsicherheiten und Störungen aus. Jedoch kann die Implementierung dieser schaltenden Regelung zu hochfrequenten Schwingungen im Regelkreis führen, wenn Dynamiken der Regelstrecke beim Entwurf nicht berücksichtigt wurden. Dieses sogenannte Chattering verschlechtert die Regelgüte und kann das System beschädigen. Viele gegenwärtige Implementierungen weisen diesen Nachteil auf. Die vorliegende Dissertation behandelt ein neuartiges Konzept zur Sliding Mode Regelung mechanischer Systeme, die von Elektromotoren angesteuert werden. Es bezieht Aktordynamiken, die in herkömmlichen Sliding Mode Regelungen vernachlässigt wurden, in den Reglerentwurf ein und kann so Chattering-Effekte stark reduzieren. Die Regelung berücksichtigt sowohl Dynamiken des elektrischen als auch des mechanischen Systems. Die in den meisten bestehenden Implementierungen verwendete Pulsweitenmodulation (PWM) entfällt und der Regler steuert direkt die Leistungsschalter an. Die diskontinuierlichen Stellgrößen des Systems sind somit die geschalteten Versorgungsspannungen des Motors. In dieser Arbeit wird in geschlossener Form eine Methodik zur systematischen Sliding Mode Reglersynthese für komplexe elektromechanische Systeme entwickelt. Sie erlaubt die einfache Umsetzung des vorgeschlagenen Konzeptes. Die Entwurfsmethode ist für nichtlineare Systeme, die mit gekoppelten Differentialgleichungen beliebiger Ordnung in kanonischer Form beschrieben werden, und für unendlich dimensionale Systeme geeignet. Damit ist sie auf eine größere Systemklasse als bestehende Methoden anwendbar. Als Lösungen für Anwendungsprobleme des Generalized Block Control Principle werden sowohl Entwurfsmethoden für Beobachter als auch eine Methode zur Unterdrückung von Störungen bekannter Dynamik präsentiert. Die vorgestellte Designmethode wird für die Positionsregelung eines von einem Gleichstrom-, Synchron- und Asynchronmotor angesteuerten invertierten Pendels angewandt. Die Ergebnisse der Simulationen und Experimente zeigen die Robustheit und die hohe Regelperformanz des vorgeschlagenen Konzeptes. Eine besondere Innovation stellt die entwickelte Positionsregelung einer Asynchronmaschine dar, die den Weg für robustere und kostengünstigere Robotiksysteme weist.     «

Sliding Mode Regelungen zeichnen sich durch hohe Robustheit gegenüber Parameterunsicherheiten und Störungen aus. Jedoch kann die Implementierung dieser schaltenden Regelung zu hochfrequenten Schwingungen im Regelkreis führen, wenn Dynamiken der Regelstrecke beim Entwurf nicht berücksichtigt wurden. Dieses sogenannte Chattering verschlechtert die Regelgüte und kann das System beschädigen. Viele gegenwärtige Implementierungen weisen diesen Nachteil auf. Die vorliegende Dissertation behandelt ein...     »