滑模变结构控制及其在直流伺服系统中的应用
李晓秀,章 兢
(湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082)
摘 要:论述了滑模变结构控制的基本方法及其在直流伺服系统中的应用.仿真结果表明,滑模变结构控制的性能优于常规的PID控制,在系统参数变化时表现出更强的鲁棒性.
关键词:直流伺服系统;滑模变结构;鲁棒性
中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1671-119X(2004)03-0005-03
引 言
对于高性能的直流伺服系统,一般要求精度高、无超调、响应速度快且鲁棒性好.根据自动调节原理设计的常规PID、PI等控制器,结构简单,设计方法成熟,也容易实现,但直流伺服系统中的非线性、参数的时变性及外部扰动等,都将影响系统的控制性能,很难满足高精度伺服系统的要求.
滑模变结构(Sliding Mode Variable Structure)控制是一种在给定超曲面上采用不同结构控制,因而将系统状态向量约束在开关面领域内滑动控制的方法.滑模变结构控制的滑动模态对加给系统的干扰和系统的各种摄动具有完全的自适应性,所以完全能满足高精度伺服系统的控制要求.本文以工程实训中心的微机直流伺服系统为控制对象,进行了滑模变结构控制的应用研究.仿真结果表明,当模型参数改变时,滑模变结构控制有很强的鲁棒性与快速性.
1 微机直流伺服控制系统及其数学模型
微机直流伺服控制系统如图1所示.该系统以MCS-51单片机为控制核心,由键盘输入数字给定转角,控制量经D/A(数/模)转换送大功率驱动模块以控制他励直流伺服电机.电机主轴的转角经齿轮减速器传送到输出转角指针.输出转角反馈信号是由同轴安装的光电编码器产生的互差T/4的A、B两相方波,再经整形辩相后送定时/计数器计数得到.
结构控制方法与PID控制方法的角位移阶跃响应结果如图4所示(其中,实线为变结构控制方法).
由仿真结果可以看到,当系统参数有30%的摄动时,滑模变结构控制方法仍然具有快速性好,无超调,无静差的优良的动、静态性能,具有很强的鲁棒性.
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