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。
关键词:永磁同步电动机;位置伺服系统;滑模变结构控制
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。
滑模变结构控制与一般普通控制的根本区别于控制律和闭环系统的结构在滑模面上具有不连性,即一种使系统结构随时变化的开关特性。这控制方式使系统的状态变量进入开关面后就被约在开关面的领域内滑动,此时系统的动态品质由关面的参数决定,而与系统的参数、扰动的影响关,具有较强的鲁棒性。变结构控制的基本要求为(1)存在性,即选择滑模函数,使控制系统在切换上的运动渐进稳定,动态品质良好。(2)可达性,确定控制作用,使所有运动轨迹在有限的时间内达切换面。
仿真结果验证了复合励磁同步电动机良好的动态性能,它结合了永磁同步电动机和电励磁同步电动机的优点,解决了永磁同步电动机低速大转矩输出和弱磁扩速问题。设计时该电动机实现无刷化、无集电环,因此运行稳定,降低了故障率;电励磁部分励磁电流小,励磁损耗小,又无集电环损耗,效率高。所以,复合励磁同步电动机在国民经济建设中有较高的推广应用价值。
|
