Stability and Systematic Tuning of Super Twisting Sliding Mode Control loops

Sliding-mode controllers have been shown to facilitate robust high-accuracy stabilisation. This makes sliding mode algorithms excellent candidates for servo and positioning solutions in motion control systems. Second order sliding mode controllers and in particular, the STSMC, have simple design, while at the same time are very robust and with reduced chatter. However, systematic tuning of STSMCs that corresponds to the real system limitations can be a challenging task. Relating the controller gains to the system performance specifications is desirable if prescribed accuracy is to be guaranteed. This master project concerns the stability analysis of STSMC loops where the finite-time stability conditions of the controller gains do not hold. More specifically, the aim of the project is to investigate and derive explicitly conditions on the STSMC gains such that under a class of bounded perturbations the solutions of the closedloop system are bounded. Furthermore, the goal is to extract closed-form relations between the controller gains, the perturbation properties and the closed-loop solutions bounds with emphasis on the systematic tuning of the controller.

I controllori Sliding Mode hanno dimostrato di essere in grado di garantire stabilizzaione di sistemi con accuratezza e robustezza rispetto alla presenza di disturbi. Queste proprietà rendono questa classe di controllori particolarmente adatta al campo dei sistemi di posizionamento in sistemi elettromeccanici. In particolare il controllore STSMC si è dimostrato essere particolarmente robusto e affetto da ridotto chatter. La maggiore sfida presentata dall'utilizzo di queti controllori è il dimensionamento dei guadagni. L'obiettivo di quest tesi è investigare il caso in cui le condizioni di "finite time stability" non possano essere raggiunte e dimostrare, quando possibile, che livello di accuratezza possa essere garantito nonstante il controllore presenti guadagni ridotti.