SlidingModeKontrolle

SlidingModeKontrolle, auch Sliding Mode Control (SMC) genannt, ist eine robuste nichtlineare Regelungstechnik für dynamische Systeme, die mit Unsicherheiten, Parametervariationen oder externen Störungen konfrontiert sind. Sie zielt darauf ab, das System so zu gestalten, dass es sich auf einer definierten Reglersurface anpasst und dort stabil weiterläuft. Dadurch ergibt sich eine reduzierte, vorhersehbare Dynamik trotz Modellungenauigkeiten.

Der zentrale Bestandteil ist eine Sliding Surface S im Zustandsraum, definiert durch eine Funktion s(x) = 0, die die gewünschten Eigenschaften des Systems kodiert. Häufige Konstruktionen verwenden eine Kombination aus Fehler e und dessen Ableitung, zum Beispiel s = λ e + e_dot, wobei der Fehler die Abweichung von der Referenz misst. Das Verhalten des Systems außerhalb der Surface wird durch den Regelungsalgorithmus so gelenkt, dass es sich dieser Surface annähert und schließlich darauf gleitet.

Die Regelung besteht aus zwei Phasen: der Reichphase, in der der Zustand zur Surface hin bewegt wird, und der Gleitzustand, in dem das System entlang der Surface weitergleitet. Ein Rechenschema nutzt eine Discontinuierliche oder diskretisierte Rückführung, um s kontinuierlich gegen Null zu halten. Typische Formeln verwenden einen Rekursgeber wie s_dot = -η sign(s) oder s_dot = -k s, ergänzt durch eine Kompensation, die U auf die Systemdynamik abstrahiert.

Zu den Vorteilen zählen Robustheit gegenüber Störungen und Modellunsicherheit sowie gute Regelqualität in Echtzeit. Herausforderungen sind Chattering durch schnelle Switching-Aktionen und die Implementierung in digitalen Reglern. Lösungen umfassen Glättungstechniken (Boundary-Layer), Hochordnungs-SMC und kontinuierliche Annäherungen.

Anwendungsbereiche reichen von Robotik, Antriebstechnik und Automotive bis hin zu Leistungselektronik und Luft- und Raumfahrt. Die Methode wurde in den 1970er-Jahren von Vadim Utkin maßgeblich entwickelt.