基于滑模變結構的直流伺服電機控制器設計

1引言

滑模變結構控制系統(tǒng)是一類特殊的變結構控制系統(tǒng)。起特殊之處在于，系統(tǒng)的控制不僅有切換，而且該切換特性可以迫使系統(tǒng)的狀態(tài)在切換面上沿預定的軌跡作小幅度、高頻率的趨近運動-滑動模態(tài)運動。這種滑動模態(tài)可以設計成與系統(tǒng)的參數(shù)及擾動無關。這樣，滑模變結構控制無須系統(tǒng)在線辨識就具有很好的魯棒性。滑模變結構控制近年來已被廣泛應用于處理一些復雜的線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、時變、多變量耦合等確定性和不確定性系統(tǒng)，可使系統(tǒng)獲得良好的動態(tài)品質[1]。而對于高性能的直流伺服系統(tǒng)，一般要求精度高、無超調、響應速度快且魯棒性好。根據(jù)自動調節(jié)原理設計的常規(guī)PID、PI等控制器，結構簡單，設計方法成熟，也容易實現(xiàn)，但直流伺服系統(tǒng)中的非線性、參數(shù)的時變性和外部擾動等都影響系統(tǒng)的控制性能，很難滿足高精度伺服系統(tǒng)的要求。滑模變結構控制的滑動模態(tài)對加給系統(tǒng)的干擾和系統(tǒng)的各種攝動具有完全自適應性，所以能完全滿足高精度伺服系統(tǒng)的控制要求[2,4]。

2滑模變結構控制器設計

直流伺服系統(tǒng)的結構框圖如圖1所示，雖然在多數(shù)情況下常把電機的參數(shù)看成常數(shù),但實際當轉速在大范圍內變化時,電機的參數(shù)并非常數(shù),而滑模控制正好對參數(shù)的變化不太敏感,故使用這種控制方式來控制電機具有很大的優(yōu)越性。



圖1直流伺服系統(tǒng)的結構框圖

2.1直流伺服系統(tǒng)及其數(shù)學模型





2.2滑模變結構控制的基本問題