二阶滑模控制在速度伺服系统中的应用
摘 要:介绍了一种克服传统滑模控制存在抖振的二阶滑模变结构控制原理及设计方法,并以永磁同步电动机速度伺服系统为例,进行了滑模变量相关度为2的伺服控制仿真验证。实验结果表明,尽管系统参数不确定和存在有界扰动,但通过选择合适的控制增益,系统的控制律收敛,而且具有较强的鲁棒性以及较高的控制精度。
关键词:鲁棒性;二阶滑模;相关度;滑模变量;伺服系统
滑模控制以其鲁棒性及降阶特性,受到越来越多的国内外研究者的重视,但由于传统的滑模控制为了使系统保持在滑模面上运动,而在不同的控制
逻辑间来回切换,这很容易使系统产生抖振,大大影响了实际控制中的应用。因此,针对抖振问题,国外一些学者提出了各种各样的伪滑模控制用于消抖实现对离散控制的“平滑”。研究结果表明,在相同初始条件和控制律下,被“平滑”的输入信号闭环控制系统中,由于参数选择可能导致理想滑模面将不再发生,鲁棒性被大打折扣,这是因为此时系统对干扰敏感。后来,高阶滑模变结构控制思想最早由Elelyanov等人提出,又被Levant和Sira-Ramirez证明了该方法是一种通过滑模面的高阶微分进行消抖的有效工具,同时在设计时也不再要求相关度一定要为1,抖振问题将在滑模面的高阶微分中消失[1]。
电机在现代速度伺服系统中被大量使用,伺服系统是一种要求响应快、抗干扰能力强的高性能控制系统。经典PID控制、精确反馈线性化控制曾被广泛应用,但鲁棒性较差;神经网络、模型参考自适应控制计算量太大,没有在应用中表现出优势;模糊控制的实现依赖操作者的经验,其应用范围受到了限制。本文设计了一种二阶滑模控制器,通过对滑模变量连续求二阶导,使原来的离散控制律变为连续控制律,消除了系统在滑模面的抖振,实验证明了系统具有较好的鲁棒性和动态特性。
通过二阶滑模控制器的设计,不再要求系统切换函数对控制函数的相关度一定为1,本文采用相关度为2的设计方法,实现了永磁同步电动机速度
伺服系统的高性能控制,从仿真试验的结果可以看出,该方法具有较强的鲁棒性和较好的动态性能。二阶滑模控制器设计思路清晰,方法简单,易于实现,为高性能伺服控制系统的研究提供了可行方案。
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