分阶段模糊滑模控制在交流伺服系统中的应用
王延龙,孙廷玉,谢书明
(沈阳工业大学电气工程学院,沈阳110023)
摘 要:提出了一种应用在交流伺服系统上的模糊滑模控制策略,把模糊逻辑和滑模控制方法结合起来,能够在不牺牲系统鲁棒性的同时达到削弱抖动的目的,并使系统响应速度快,无超调.利用模糊决策的作用决定控制量的一部分,来解决滑模控制中的抖动问题.这种控制方法适合应用在需要强抗干扰能力的伺服系统中,比如机器人,飞行器等.同时,通过分阶段的加入指数趋近控制方法,来加快系统响应.通过MATLAB6.5的仿真,验证了这种方法的可行性,并取得了很好的控制效果.
关 键 词:模糊控制;滑动模态;抖动;交流伺服系统;隶属度函数;模糊规则
中图分类号:TP 273.4 文献标识码:A
20世纪90年代以来,模糊逻辑控制和滑模控制相互结合得到了很多研究和应用,其中一个重要的方面就是具有启发特征的模糊滑模控制(Fuzzy Sliding Mode Control, FSMC)[1-4].滑模控制方法因其对系统参数变化和外部干扰具有较强的鲁棒性,而且系统无超调,响应快,得到广泛应用[6-8].但它存在以下不足:①滑模控制要取得系统的全部状态变量是非常困难的,尤其对于高阶系统.对此,人们用Luenberger观测器来取得系统的状态,但当系统参数不确定时,用Luen-berger观测器也不能确定系统所有的状态变量,滑动模态难以保证[4];②滑动模态是在逻辑切换可瞬时实现的情况下取得的,如果切换开关不理想,则必然会产生高频抖振,使控制系统很难维持长时间正常工作[5].尽管有许多方法可以削弱抖振,但仍存在诸多不足,使滑模控制的应用受到了制约.
模糊控制作为利用专家知识和经验的有效方法,特别适用于难以用精确数学模型描述的对象.将模糊控制与滑模控制相结合构成模糊滑模控制,可以充分发挥二者的优势,保证系统稳定.本文提出采用模糊推理来决策滑模切换控制量的大小,解决抖动问题.另外在系统启动阶段采用指数趋近率控制方法,来加快系统响应,这种分阶段的控制方法可以令系统响应时间次最优.
1 系统分析和控制器设计
1.1 滑模控制器的设计
通过使定子电流矢量与转子磁场在空间上正交,实现矢量控制,其简化原理框图如图1.控制原理是:通过判断S的大小来选择不同的控制规律,或者采用模糊滑模控制,或者采用指数趋近的滑模控制规律.
2.2.2 模糊去抖动的仿真
图6为传统滑模控制的相轨迹图形,图7为模糊滑模控制的相轨迹,可以明显看出这种方法有效削弱了抖动.
3 结 论
仿真实验表明,本文提出的模糊滑模变结构控制,根据滑模变量s和它的导数的变化,模糊调节控制量,有效地削弱了滑模控制的抖动问题,并且保持了传统滑模变结构控制对参数变化和扰动的鲁棒性;由于采用分阶段指数趋近率控制,加快了系统响应,取得了较好的控制效果.
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