基于模型扰动抑制的直线伺服电机滑模鲁棒控制
孙艳霞1,孙谊标2
(1.大连交通大学电气信息学院,辽宁大连116028;2.沈阳工业大学电气工程系,辽宁沈阳110032)*
摘 要:针对直接驱动的交流永磁直线电机直接驱动伺服系统,提出一种将模型扰动抑制方法和滑模控制相结合构成的鲁棒跟踪控制策略.滑模控制器保证了系统对给定的快速跟踪性能;而模型扰动抑制补偿器在很大程度上抑制了速度闭环系统内的各种扰动(包括负载及直线电机的端部效应力等),从而削弱滑模控制的抖振对系统稳态性能的影响.仿真结果表明该方案在保证伺服系统的快速性同时,对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性.
关键词:永磁直线同步电动机;滑模控制;模型扰动抑制;直接驱动;端部效应
中图分类号:TM301. 2 文献标识码:A
交流永磁直线伺服系统的一体化结构消除了机械运动变换机构所带来的一些不良影响,如摩擦、机械后冲、弹性变形等,在高精度、高速响应、微进给伺服系统应用中具有非常大的优势[1].但是,由于直线电机直接驱动负载,负载的变化和外部扰动将毫无衰减地直接反映到直线伺服电机的动子上.而且,电机的端部效应、齿槽效应和永磁体磁链谐波等将产生推力纹波,系统参数(动子质量、粘滞摩擦系数等)的变化、摩擦阻力等都会降低系统的伺服性能[2].为了保证系统的性能,要求采用适当的控制方法使系统在保证快速跟踪性能的同时,对不确定性扰动因素具有很强的鲁棒性.
滑模控制(SMC)具有鲁棒性和快速跟踪特性的优点,但是,高频切换控制会在扰动和模型参数摄动的作用下导致抖振现象.而抖振的幅值与扰动和模型参数摄动的幅度成比例关系[2, 3].在直线伺服系统中,抖振会产生脉动推力,影响系统的平稳性和定位精度,增加能量损耗.本文采用模型扰动抑制(MBDA)法设计了一个补偿器,对扰动和参数变化进行有效地抑制,可以削弱滑模控制所带来的抖振,保证伺服系统的稳态精度.
1 PMLSM的数学模型
对PMLSM进行空间矢量变换,可以获得d-q轴模型.PMLSM电压方程及磁链方程为[1]
由图2可知, PI控制速度曲线存在很大的超调和速降,且过渡过程时间和速降恢复时间长,跟踪性能和鲁棒性能差.
由图3可以看出,滑模控制过渡过程时间较短,但在阻力扰动的作用下有速降,由于系统参数变化和外在扰动的影响,有一定程度的抖振现象,并存在稳态误差.由图4可知,在突加扰动且模型变化时,基于MBDA的滑模鲁棒控制在跟踪速度给定时无超调,过渡过程时间小且速降恢复时间很短,系统具有很好的跟踪特性.对系统参数变化和外在扰动具有很强的鲁棒性,且稳态时基本没有抖振现象.
仿真结果表明,本文针对直接驱动的高精度交流永磁直线同步电机伺服系统所提出的基于MBDA的滑模鲁棒控制方案具有很好的快速跟踪性能和鲁棒性能.参考文献:
[1]郭庆鼎,王成元,周美文,等.直线交流伺服系统的精密控制[M].北京:机械工业出版社, 2000.
[2]王丰尧.滑模变结构控制[M].北京:机械工业出版社, 1995.
[3]YASUTAKA FUJIMOTO, ATSUO KAWAMURA. Robust servo system based on two-degree-of-freedom controlwith slidingmode[J]. IEEE trans on industrial electronics, 1995, 42(3): 17-21.
[4]CHUNG SK,LEE J S.Robust speed control ofbrushless direct-drivemotor using integral variable structure control[J]. IEEProc-Electr. PowerApp.l, 1995, 142(6): 46-51.
|
