交流直线伺服系统的模糊滑模变结构控制

论文摘要

对交流伺服这种快速变化的非线性复杂系统,人们已提出了各种控制方案优化系统性能,其鲁棒性是交流伺服系统的重要性能之一。滑模变结构控制的滑动模态可以进行设计,对系统参数变化和负载扰动不敏感,具有鲁棒性好、响应速度快及容易实现等优点。因此将滑模变结构控制应用于永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统的控制中,有望设计出高品质的控制策略。针对直接驱动的交流直线伺服系统,本文设计一种模糊滑模变结构控制的控制方案,并对其做了较为深入的研究和分析。首先,为了提高伺服系统的鲁棒性能,设计了位置滑模变结构控制器,利用位置偏差和速度作为滑模变结构控制器输入,运用等效控制加切换控制的控制律,通过满足滑模条件的控制量不断的切换来决定永磁直线同步电机的动子电流,使伺服系统对参数变化和外部扰动的变化具有良好的鲁棒性。其次,由于抖动是阻碍滑模变结构控制方法得到广泛应用的主要原因。因此,针对滑模变结构控制方法所固有的抖动问题,本文采用模糊算法加以解决。该模糊算法的控制思想为:针对相轨迹运动点在相平面的位置,以及该点运动的速度和方向,在控制器中把原有滑模变结构控制律中的切换控制用设计的模糊控制器的输出代替。使得交流直线伺服系统在系统确定并且无外加干扰的情况下用等效控制,一旦有扰动加入,则切换为模糊控制。使得系统在保证滑模变结构控制原有的鲁棒性的同时,可以有效的削弱滑模切换控制所产生的抖动,模糊滑模变结构控制策略消除了永磁直线同步电机的端部效应引起的推力波动,大大的提高了伺服系统的定位精度。最后,本文对所设计的滑模变结构控制系统和模糊滑模变结构控制系统分别进行了仿真研究。仿真结果表明这两种控制方法能实现交流直线伺服系统的高鲁棒性性能,系统无超调。采用模糊滑模变结构控制能更好的削弱系统的抖动,具有令人满意的动、静态性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 交流直线伺服系统发展现状及控制策略
• 1.2.1 交流直线伺服系统发展现状
• 1.2.2 交流直线伺服系统控制策略综述
• 1.3 模糊滑模变结构控制
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 永磁直线同步电机原理及数学模型
• 2.1 永磁直线同步电机的结构
• 2.2 永磁直线同步电机的工作原理
• 2.3 永磁直线同步电机矢量控制及数学模型
• 2.3.1 矢量控制的基本思路
• 2.3.2 永磁直线同步电动机的空间矢量
• 2.3.3 矢量坐标变换
• 2.3.4 永磁直线同步电动机的d-q轴模型和推力表达式
• 第三章 永磁直线同步电机的滑模变结构控制
• 3.1 滑模变结构控制基本原理
• 3.2 滑模变结构控制器设计
• 3.2.1 设计滑模变结构控制器的基本步骤
• 3.2.2 常规滑模变结构控制几种设计方法
• 3.2.3 用趋近律方法设计滑模控制器
• 3.3 交流直线伺服系统滑模控制器的设计
• 第四章 交流直线伺服系统的模糊滑模控制
• 4.1 模糊滑模控制基本原理
• 4.2 模糊控制技术
• 4.3 模糊滑模控制器的设计
• 4.4 交流直线伺服系统模糊滑模控制器的设计
• 4.4.1 模糊化
• 4.4.2 模糊规则和模糊推理
• 4.4.3 反模糊化
• 第五章 交流直线伺服系统仿真研究
• 5.1 对交流伺服控制系统的基本要求
• 5.2 基于MATLAB/Simulink仿真模型的建立
• 5.2.1 电机仿真模型
• 5.2.2 系统仿真模型
• 5.3 交流直线伺服系统仿真研究
• 5.3.1 滑模变结构控制仿真研究
• 5.3.2 模糊滑模控制仿真研究
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢