位置伺服系统滑模补偿器设计
摘 要:在位置伺服控制系统中,古典频域校正方法虽可有效地针对系统频响要求进行控制器设 计,但各种干扰力矩的存在,严重影响了系统的性能。依据原有的频域校正控制器导出滑模切换 面,给出了满足系统频响要求的滑模补偿器设计方法,在有效地克服干扰力矩影响的同时,又保证 了系统动态频响性能,并已成功应用于某型飞行仿真转台的控制系统中。
1 引 言
目前,在伺服控制系统的工程实践中,最为成 功、应用最为广泛的仍然是频域校正法。它能有效 地针对系统动态频响和静态精确度指标要求进行控 制器的设计,具有理论成熟,易于实现等优点。但是 在高性能位置伺服控制系统中,非线性摩擦、不平衡 力矩、电机力矩波动、转动惯量的变化等干扰因素的 存在,严重地影响了系统动、静态性能,特别是当系 统处于低速运行状态时,由于这些干扰力矩在控制 量中的比重加大,不但造成系统的稳态误差,而且使 系统产生爬行和波形畸变现象。
近年来,在克服系统非线性干扰方面,滑模变结 构控制方法取得了极大的成功。对于滑模变结构控 制理论,系统的动态性能主要取决于滑模切换面的 设计[1],如何有效地设计滑模切换面,就成为决定 系统动态性能的关键问题。在针对系统动态性能进 行切换面的设计问题上,文献[2]应用状态反馈极 点配置理论设计切换面。文献[1]为了使滑模运动 具有所设定的特性,在状态变量的线性组合基础上, 引入积分运算和初始偏移量进行切换面设计。文献 [3]和[4]分别使用输出量和跟踪误差量来设计切 换面,以增强系统的动态性能。文献[5]从变结构 控制器中分解出前馈补偿器,使用指令的前馈补偿 来加快系统的响应速度。应当指出,由于这些方法 都是立足于时域角度来改善系统的动态性能,所以 无法有效地针对系统的频响要求进行变结构控制器 的设计。
本文针对位置伺服转台的控制器设计问题,利 用基于带宽设计的频域校正控制器导出了一种满足 系统频响要求的滑模超曲面,给出了滑模补偿控制 器的设计方法,在有效地克服了干扰力矩对系统性 能影响的同时,保留了原有频域校正控制器的频响 性能。
2 问题的提出
针对位置伺服系统的被控对象,不失一般性,采 用如下状态方程描述:
5 结 语
对于位置伺服系统,古典控制理论中的频域校 正方法可以有效地针对系统的频响要求进行控制器 设计,而滑模变结构控制方法则能很好的克服系统 非线性扰动增强系统鲁棒性。本文针对标称对象所 设计的频域校正控制器所决定的状态轨迹,导出满 足系统频响要求的滑模超曲面,构造滑模补偿器,可 有效地克服非线性干扰力矩影响的同时,保证系统 的频响要求,并在实际系统应用中取得了良好的实 践效果。
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