采用擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的無(wú)刷直流電機(jī)的控制

鄧正萬(wàn)

摘要：與常規(guī)的PI控制相比，滑模變結(jié)構(gòu)控制（sliding mode variable structure control，SMC）能夠有效地提高系統(tǒng)的魯棒性和響應(yīng)速度，因此被運(yùn)用于無(wú)刷直流電機(jī)（brushless DC motor，BLDCM）的調(diào)速系統(tǒng)中，但是滑模固有的抖動(dòng)現(xiàn)象限制了其運(yùn)用。在BLDCM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用SMC控制策略，并在此基礎(chǔ)上增加負(fù)載擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器環(huán)節(jié)，將負(fù)載擾動(dòng)觀測(cè)器的輸出接到電流調(diào)節(jié)器的輸入端，作為負(fù)載擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩的前饋補(bǔ)償控制輸入。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的控制器能提高系統(tǒng)的魯棒性，抑制滑模抖動(dòng)現(xiàn)象，具有較好的動(dòng)、靜態(tài)性能。

關(guān)鍵詞：無(wú)刷直流電機(jī)；滑?？刂?；抖動(dòng)；擾動(dòng)觀測(cè)器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.001

1引言

無(wú)刷直流電機(jī)（brushless DC motor，BLDCM）具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、扭矩大、效率高及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在國(guó)防、工業(yè)過(guò)程、交通、航天航空和家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但是BLDCM及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、非線性的系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)受外界擾動(dòng)或系統(tǒng)本身參數(shù)攝動(dòng)等因數(shù)的影響，采用常規(guī)的PI控制，一般難以得到高性能的控制效果。滑模變結(jié)構(gòu)控制（sliding mode variable structure control，SMC）是一種非線性控制，對(duì)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型描述不準(zhǔn)確、系統(tǒng)本身參數(shù)攝動(dòng)及內(nèi)外擾動(dòng)都具有很好的魯棒性，而且算法簡(jiǎn)單，響應(yīng)快速等特點(diǎn)。近年來(lái)，滑模變結(jié)構(gòu)控制被許多學(xué)者應(yīng)用于無(wú)刷直流電機(jī)伺服控制系統(tǒng)中。

目前，SMC運(yùn)用于BLDCM伺服系統(tǒng)取得一定的研究成果，滑模變結(jié)構(gòu)控制的本質(zhì)是一種開關(guān)控制，利用狀態(tài)向量在滑模面的開關(guān)動(dòng)作來(lái)抑制外界擾動(dòng)及參數(shù)變化的影響，當(dāng)擾動(dòng)量幅值及參數(shù)變化范圍的增加，必須提高不連續(xù)項(xiàng)的增益，但這樣會(huì)加劇滑模固有的抖動(dòng)現(xiàn)象。針對(duì)這一問(wèn)題，本文在SMC的基礎(chǔ)上提出一種負(fù)載擾動(dòng)觀測(cè)器，將觀測(cè)器的輸出引入到電流調(diào)節(jié)器的輸入端，進(jìn)而利用觀測(cè)值對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行前饋補(bǔ)償?shù)姆椒?，擬達(dá)到有效地抑制滑模抖動(dòng)的目的。