直线电机进给系统趋近律滑模控制研究

针对直线电机进给伺服系统采用传统滑模控制时,需要设计多个滑模面、滑模面的切换易引发系统抖振的问题,引入了趋近律滑模,设计了新型滑模控制器,伺服系统的位置和速度调节均采用趋近率滑模控制,并通过李雅普诺夫函数证明了控制器的稳定性。仿真结果表明,趋近律滑模的引入有效地抑制了传统滑模控制中存在的抖振现象,提高了伺服系统跟踪精度。     

基于非线性干扰观测器的PMSM自适应反演滑模控制

为了解决永磁同步电机(PMSM)位置伺服系统中存在的内部参数摄动、负载扰动以及外界不确定性干扰等问题,设计了基于非线性干扰观测器(NDO)的自适应反演滑模控制器。通过NDO对系统存在的扰动进行观测,并将观测结果引入到自适应反演滑模控制器进行补偿。针对引入NDO后的系统,设计自适应反演滑模控制器,对滑模控制器中的切换增益利用自适应律进行调节,削弱系统抖振,提高系统的抗干扰能力和鲁棒性。仿真结果表明,与传统反演滑模控制相比,基于NDO的自适应反演滑模控制器对系统中存在的扰动具有更好的抗干扰能力,该控制器可削弱系统的抖振,从而提高了PMSM位置伺服系统的跟踪精度。     

基于观测器的永磁同步电机二阶滑模速度控制

针对永磁同步电机伺服系统调速控制中易受负载扰动等不确定性因素影响的问题,提出一种基于负载观测器的二阶滑模速度控制策略.根据二阶滑模理论设计速度控制器代替传统滑模控制器,使得不连续作用嵌置于滑模量导数中来削弱滑模抖振.同时引入负载观测器,对系统中负载响应进行观测估计,将观测值补偿到控制量中,提升系统抗扰动能力.仿真试验表明,该控制方法能够有效地削弱抖振,降低负载扰动的影响,系统调速呈现良好的鲁棒性.     

基于变指数趋近律的永磁同步电机滑模控制研究

滑模趋近律及滑模增益的选择直接影响滑模控制的鲁棒性和滑模控制导致的抖振。将一种新的变指数趋近律滑模变结构应用于永磁同步电机伺服系统的位置控制,并结合一种新颖的滑模增益设计方法来改善滑模控制的鲁棒性,削弱滑模变结构的抖振。通过利用位置信号误差和滑模增益之间的非线性关系,给出了这种新颖滑模增益的设计方法。应用Matlab编程对永磁同步电机伺服系统的位置控制效果进行了仿真,其仿真结果表明该滑模控制方法不仅有效抑制了滑模变结构的抖振,同时增强了控制系统的鲁棒性。     

基于周期性扰动学习的永磁直线电机自适应滑模位置控制

针对永磁直线同步电机伺服系统易受周期性扰动、摩擦力及参数摄动等不确定性因素影响位置跟踪精确度的问题,提出了一种基于周期性扰动学习的自适应滑模控制方法.采用滑模控制确保永磁直线同步电机伺服系统对不确定性因素具有较强的鲁棒性,提高系统响应速度.利用周期性扰动学习算法学习系统中的周期性扰动并进行补偿,同时设计自适应律估计系统非周期性扰动和学习误差,削弱滑模抖振现象.基于李雅普诺夫稳定性理论,分析证明了此控制器的渐进稳定性,保证系统位置跟踪误差在有限时间内收敛.仿真与实验验证了所提出的周期性扰动学习的自适应滑模控制器能显著提高永磁直线同步电机伺服系统的动态响应性能和鲁棒性能,而且可以达到更高的位置跟踪精确度.     

基于扰动观测和补偿的PMSM伺服系统位置跟踪控制

针对存在参数摄动和外部扰动力矩的PMSM伺服系统位置跟踪控制问题,提出一种基于扰动观测和补偿的滑模控制方法。采用扰动观测器估计系统参数摄动以及负载力矩,并在此基础上对等效扰动进行补偿,减小了模型不确定性对系统控制性能影响,系统的位置跟踪误差由0.85 rad减小到0.35 rad;在保证系统稳定性的前提下,去除了常规滑模控制中的不连续控制项,有效地减小了抖振。实验结果表明,与工程上常用的PID算法相比,基于扰动观测和补偿的滑模控制算法不仅能够显著提高PMSM伺服系统的位置跟踪精度,而且能有效地削弱抖振。     

永磁直线同步电机的自适应增量滑模控制

针对永磁直线同步电机(PMLSM)直接驱动伺服系统易受参数变化、外部扰动、端部效应等不确定性因素的影响,提出了一种自适应增量滑模控制(AISMC)方法。通过利用系统先前的状态信息和控制动作来设计增量滑模控制器,同时选择饱和函数作为切换函数,不仅削弱了抖振,而且提高了系统的跟踪性能。然后利用自适应控制来观测和补偿参数变化与外部扰动等不确定性因素的影响,并对不确定性参数的界限进行实时估计,设计出自适应增量滑模控制器。从理论上分析证明了此控制器可以保证系统收敛,具有快速的收敛速度,提高了直线伺服系统的跟踪性能。通过系统实验,证明了所提出的AISMC方案的有效性,与滑模控制(SMC)相比,基于AISMC的系统具有较强的鲁棒性和精确的跟踪性,明显削弱了抖振现象。     

基于扩展滑模扰动观测器的永磁直线同步电机定结构滑模位置跟踪控制

由于永磁直线同步电机位置伺服系统易受参数扰动、外部干扰和端部效应的影响,该文提出一种定结构滑模控制器与扩展滑模扰动观测器相结合的复合式滑模位置控制方法。定结构滑模控制器通过加入限制条件,保证了系统状态都位于滑模面的同一侧,削弱了传统变结构滑模控制器由切换控制产生的抖振现象,提高了滑模滑动运动的品质。扩展滑模扰动观测器可以对定结构滑模控制器中无法精确测量的系统扰动项进行观测并补偿,从而消除了系统扰动项对定结构滑模控制器的影响。最后通过实验验证了该复合式滑模控制方法的有效性。实验结果表明,相比于传统的滑模控制,该复合式滑模控制方法可以实现更高的位置跟踪精度,不仅削弱了抖振现象,而且增强了位置跟踪系统的鲁棒性能。     

永磁同步电机动态滑模速度控制

为提高永磁同步电机（PMSM）伺服系统的控制性能，削弱系统中存在不确定性的影响，并解决传统滑模控制（SMC）技术中存在的抖振问题，提出一种动态滑模控制（DSMC）方法。首先，在建立PMSM数学模型的基础上，设计传统的PID型SMC方法，同时，为削弱系统抖振现象并进一步提高系统的鲁棒性，设计了DSMC方法。DSMC可以通过增加一个附加的动态变量来获得分层的滑动面，进而保证系统具有快速的、精准的速度跟踪性能。最后，通过MC56F8346 DSP控制核心验证所提方法的有效性，实验结果证明，所提出的DSMC方法相比于传统SMC能更快更好地跟踪速度给定信号，并且具有更强的鲁棒性。     

永磁直线同步电机的智能增量滑模控制

针对永磁直线同步电机直接驱动伺服系统的位置跟踪精度易受参数变化、外部扰动、端部效应等不确定性因素的影响,提出了一种将小波神经网络(wavelet neural network,WNN)和增量滑模控制器相结合的智能增量滑模控制方法。利用系统先前的状态信息和控制动作作为反馈量,同时选择饱和函数作为切换函数来设计增量滑模控制器,不仅削弱了抖振,而且提高了系统的跟踪性能;利用WNN实时观测和补偿参数变化和外部扰动等影响,并采用改进的粒子群优化算法在线调整WNN的学习率,对不确定因素进行实时估计。从理论上分析证明了此控制器可以保证系统收敛,提高了直线伺服系统的控制性能。通过系统实验,证明了所提出方案的有效性,与滑模控制(sliding mode control,SMC)相比,系统具有强鲁棒性和良好的位置跟踪精度,明显地削弱了抖振现象。     

全数字伺服系统中位置前馈控制器的设计

在要求高精度、快速响应的伺服定位系统中,单纯采用比例或比例积分调节的位置控制器很难同时满足定位的快速性、高精度以及对位置的无超调.对目前应用于伺服定位系统中的各种位置环控制器进行了详细的研究,提出了采用位置前馈的控制器来满足伺服定位的各项要求.设计中通过对速度和加速度的前馈控制,既保证了伺服在高精度定位的同时,又具有快速响应的特性.实验结果表明,采用位置前馈控制器可以满足高性能伺服定位的要求,该位置控制器不仅可以用于点位控制系统,而且可以应用于采用插补算法的轮廓控制系统中.     

永磁同步直线电动机的自适应模糊滑模控制

将永磁同步直线电动机应用于驱动精密定位平台时,由于直线电动机存在端部效应引起的推力波动、动子磁链非正弦性、摩擦非线性等都将使精密定位平台伺服系统性能变坏。因此,必须采用鲁棒性强的控制策略来抑制这些扰动。提出了一种针对永磁同步直线电动机的自适应模糊滑模控制算法,具有快速性和稳定性,对参数不确定、参数变化和外部扰动具有不变性。该算法由位移、速度、位移误差和速度误差的积分建立了滑模面,建立特定的自适应律,应用模糊系统逼近滑模控制器的输出,最后应用一个切换控制函数来补偿滑模控制器的输出误差。经仿真结果验证,该控制算法能明显地改善永磁同步直线电动机的位移输出精度和速度跟踪性能,具有较好的快速响应性和鲁棒性。     

The Sliding-Mode Control Based on a Novel Reaching Technique for Permanent Magnet Synchronous Motors

Abstract

In order to improve the robustness, disturbance rejection and dynamic response performance of permanent magnet synchronous motor (PMSM) speed servo system, a novel sliding mode control (NSMC) strategy is adopted to replace the traditional proportion integral (PI) regulator in the design of speed controller. The mathematical model of PMSM is analyzed and a sliding mode controller based on a novel reaching technique is proposed. The integral of speed error is introduced into sliding mode surface to avoid the requirements of acceleration signal and reduced the steady-state error of the system. Meanwhile, a variable speed reaching method is imported to make the approaching speed correlate with the change of system state |s|, so as to improve the dynamic quality. In addition, the sigmoid function is used to replace the sign function in the conventional SMC, which further reduces chattering phenomena. Simulation and experimental results show that the proposed NSMC method based on the new reaching technique can realize precise speed control. Compared with the conventional PI and SMC control, this method not only achieves a fastest and best response speed, but also has a strongest robustness of resisting the external disturbance.     

伺服增益对电气刚度的影响分析

伺服增益是影响伺服控制系统动态性能的主要因素之一.以永磁同步电动机(PMSM)伺服系统的速度控制作为研究对象,基于伺服系统电气刚度的研究,针对不同频率的外界扰动,调整PI速度控制器增益或者系统总转动惯量,从而能够快速、准确地提高伺服系统的电气刚度,并提出了对交流伺服控制器参数进行整定的一种思路,且通过控制器的控制模型试验得以验证,得出实用的结论.     

永磁同步电机的改进指数趋近律控制策略

为了改善使用PI控制算法和指数滑模控制（SMC）算法的永磁同步电机（PMSM）速度控制系统的鲁棒性差和突加负载转矩恢复较慢的问题,设计了一种改进趋近律SMC算法,并将该方法用在PMSM调速系统的速度控制器上。为了验证所提出的改进趋近律SMC算法的可行性,使用MATLAB/Simulink对PMSM双闭环调速系统仿真建模,并对比了传统的指数趋近律SMC算法、PI控制算法。结果表明设计的改进趋近律滑模速度控制器具有较好的鲁棒性和抗负载扰动性。     

基于新型扰动观测器的永磁同步电机滑模控制

相对于常规的PI控制方法,滑模变结构控制(sliding-mode variable structure control,SMC)能够有效地提高系统的鲁棒性和快速性,因而被应用于永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)的调速系统,但抖振现象的存在限制了其实际应用。在PMSM双闭环调速系统的设计中采用了SMC策略,并引入积分补偿和扰动观测器环节,防止系统产生稳态误差和固有的抖振现象。针对负载变化导致系统转动惯量不同的问题,结合离散模型参考自适应理论,提出一种能够在线辨识系统转动惯量的新型扰动观测器。运用dSPACE实时仿真系统进行实验验证。结果表明,所设计的控制器提高了系统的鲁棒性,具有较好的动、静态特性。     

伺服系统中位置前馈控制器和电子齿轮的设计

在要求高精度、快速响应的伺服定位系统中，单纯采用比例或比例积分调节的位置控制器很难同时满足定位的快速性、高精度以及对位置的无超调。本文提出了采用位置前馈的控制器来满足伺服定位的各项要求。设计中通过对速度和加速度的前馈控制，即保证伺服系统在高精度定位的同时，又具有快速响应的特性。同时，本文介绍了一种电子齿轮的数字实现方法。实验结果表明，采用位置前馈控制器可以满足高性能伺服定位的要求，该位置控制器和电子齿轮不仅可以用于点位控制系统，而且可以应用于采用插补算法的轮廓控制系统中。     

永磁同步电机干扰观测复合滑模控制技术

为了提高在永磁同步电机（PMSM）转速环控制中的滑模控制(SMC)的全局收敛性,提出了一种复合SMC策略,综合了线性滑模面和非奇异终端滑模面的特点,组成新的滑模面,提高了SMC在不同运动阶段的收敛性。在此基础上对传统的幂次趋近律做出改进,改善了SMC在稳态时刻的收敛速度降低的问题。同时,使用基于SMC规律的干扰观测器来观测系统中的未建模动态和未知干扰,对设计的SMC进行补偿,降低SMC对于控制器高增益的依赖性,从而有效改善控制器在稳态时刻因滑模高增益而产生的抖振,提高SMC的控制性能。最后,通过仿真和试验证明控制方法的有效性和可行性。     

基于滑模变结构的永磁同步电机调速系统设计

为解决传统PI调节器存在的抗干扰能力弱,鲁棒性差等问题,采用滑模变结构控制方法设计了永磁同步电动机双闭环调速系统中的转速控制器和电流控制器,并对滑模面的形式和其中所涉及参数的取值进行了讨论。最后,通过三组仿真实验,对分别包括PI控制器和滑模变结构控制器的调速系统的性能进行了对比,仿真结果表明,基于滑模变结构理论设计的调速系统具有良好的动静态特性和抗干扰的能力。