永磁同步电动机的完全滑模变结构控制
摘 要:基于永磁同步电动机的解耦状态方程把滑模变结构控制(SMC)方法引入到外环的设计中。并且将单段滑模线控制扩展成包括加速段、恒速段和减速段的完全滑动轨迹控制。仿真实验结果表明,控制系统具有良好的快速性、定位无超调;同时提高系统的精度和鲁棒性。
引 言
在实际生产中,如激光加工机和数控机床的进给运动、机器人的手臂运动等应具有响应快、无超调、定位精度高等优良特性。然而目前普遍采用的PID控制难以有效地满足系统的特性。PID控制适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统,而对于实际的位置伺服系统,由于不可避免的干扰和不确定性,其控制模型的系统参数是时变的,难以建立精确的数学模型。滑模变结构控制[1]则是对非线性不确定性系统的一种有效的综合方法,对系统的参数摄动和外干扰鲁棒性非常强,且结构简单、响应快速。目前,这种控制策略已成功用于电力系统、机器人、航天航空飞行器等控制中。本文将该控制策略引入到永磁同步电动机(以下简称PMSM)速度环和位置环的设计中,以期使系统具有良好的快速性、定位无超调;同时提高系统的精度和鲁棒性。
1 PM SM的滑模变结构控制
1.1PMSM数学模型
在不影响控制性能的前提下,忽略电动机铁心的饱和,不计涡流和磁滞损耗,三相绕组是对称、均匀的,绕组中的感应电势波形是正弦波。经过坐标系变换,将三相定子坐标系(abc坐标系)转换成转子坐标系(dq轴系),实现了交流伺服电机矢量控制时转矩和磁通的解耦,即控制转矩时不影响磁通大小,控制磁通时不影响转矩。dq坐标系下PMSM的状态方程[2, 6]为:
3 结语
仿真试验表明:(1)滑模变结构控制算法与传统的PID控制算法相比，具有响应时间短、响应速度快和无超调等优点。( 2)完全滑模控制使系统响应速度存在加速段、恒速段和减速段，改良了系统响应。( 3)利用滑模变结构控制算法设计的位置伺服系统的外环控制器，由于其参数的选择不依赖于系统精确的数学模型,允许被控对象参数在更大范围内变化,使系统具有良好的鲁棒性。
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