模糊滑模变结构控制在交流伺服系统中应用
唐勇奇,汪 超,赵葵银
(湖南工程学院,湖南湘潭411101)
摘 要:针对交流伺服系统的位置控制,提出了一种模糊滑模变结构控制方法。该方法设计简单,既不牺牲滑动模态的鲁棒性,同时又有效地减小了抖振。仿真结果表明:由模糊滑模变结构控制器构成的交流伺服系统,具有较好的快速性、抗负载扰动及参数摄动的能力。
关键词:滑模变结构控制;模糊控制;位置伺服系统
中图分类号: TP344. 4 文献标识码:A
文章编号: 1004-7018(2006)02-0036-03
1引 言
随着科学技术和计算机的迅猛发展,闭环伺服系统的使用日益增多。在许多生产实际问题中,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,都需要进行位置闭环控制,这些系统应具有响应快、无超调、定位精度高等优良特性。PID控制是目前伺服系统控制中应用最广的控制策略,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,采用常规的PID控制器不能达到理想的控制效果。
近年,模糊逻辑控制和滑模变结构控制等现代控制理论与方法在电力传动控制领域倍受青睐,模糊逻辑控制的最大特点在于它的设计不依赖被控对象的数学模型,但它缺乏系统的分析与设计方法;滑模变结构控制的最大优势在于滑动模态对系统参数变化和负载扰动有着很强的鲁棒性,但滑动模态的抖动难以消除。本文根据滑模变结构控制理论,综合模糊控制和滑模控制的优点,为位置伺服系统设计了一种模糊滑模变结构控制器,该位置控制器结构较简单,容易实现,其设计不需要精确的数学模型,具有优良的控制性能。
2 伺服系统的组成
现在使用的一些高精度位置伺服系统均为三环结构,即在双闭环调速系统的基础上,附加位置环,组成电流-速度-位置控制系统。对于具有速度反馈和电流反馈的速度控制单元,可将其简化为一阶惯性环节,得到如图1所示的位置伺服系统框图。
在图3中,比较了模糊滑模变结构控制算法和传统PID控制算法,结果表明:模糊滑模变结构控制与PID控制(PID参数已调到最佳状态)都可达到相同的控制效果;当系统参数有40%的摄动时,可看出系统参数的变化对模糊滑模变结构控制影响很小,可是PID的控制效果却因系统参数的变化而变差,主要表现在超调增加到22%左右,系统稳定时间增长。
图4中,在t=0.2 s时,给系统施加阶跃位置给定θr=3 rad,仿真得到系统的位置、速度和电动机输出转矩响应曲线。由图4可以看到:系统能够做到定位无超调,同时基本实现了定位时间的最优控制,且系统稳态时电动机输出转矩无抖动,表明该方案很好地解决了滑动模态的抖动问题,保证了系统的稳态精度。
图5为系统采用常规滑模变结构位置控制器,同样在t=0. 2 s时,给系统施加阶跃位置给定θr=3rad;仿真得到系统的位置响应曲线。与图4比较可以看到:系统位置响应有超调,且存在一定的抖动,影响了系统定位精度。
5 结 语
本文针对交流伺服系统的位置跟踪控制,提出了一种新型模糊滑模控制器。该控制器将指令信号由ueq滑模等效控制项和us切换控制项相加作为速度指令信号。所提出的模糊滑模控制器在求取控制时与系统参数无关,系统的控制性能几乎不受系统参数变化的影响,稳态时系统的运动完全在切换线附近很小的范围内作滑动运动,对干扰具有很强的抑制能力。系统结构简单,实现方便,控制精度高,鲁棒性强,特别适合于高精度的位置跟踪控制。
|
