基于改進(jìn)自適應(yīng)滑模的轉(zhuǎn)臺電機(jī)控制研究

杜青洲

摘 要：針對轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)電機(jī)運(yùn)行過程中會受到多種環(huán)境因素的干擾，由于摩擦力矩等非線性因素造成較大誤差，本文通過改進(jìn)傳統(tǒng)滑模中使用的開關(guān)函數(shù)為飽和函數(shù)，引入低通濾波器，對估算的轉(zhuǎn)子角度進(jìn)行補(bǔ)償，設(shè)計出了改進(jìn)型的自適應(yīng)滑模觀測器，仿真實驗表明，該方法對減小轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速估計誤差有明顯作用。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)臺系統(tǒng);電機(jī)控制;改進(jìn)型滑模觀測器;飽和函數(shù)

中圖分類號：TP23文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

測試轉(zhuǎn)臺是檢測慣導(dǎo)系統(tǒng)及慣性器件性能的重要設(shè)備。在轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)中，低速“爬行”[1]現(xiàn)象產(chǎn)生較大誤差，因此必須對轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)進(jìn)行干擾補(bǔ)償。文獻(xiàn)[2]采用滑?？刂圃O(shè)計自適應(yīng)補(bǔ)償中的虛擬控制律，有效抑制了摩擦干擾對伺服系統(tǒng)的不利影響。其次，在控制算法上有使用魯棒滑?？刂芠3]，或用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對pid參數(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)整[4]，都實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)臺的高精度控制。但轉(zhuǎn)臺在實際建模中也存在非線性和不確定性及其他未知擾動。

本文通過建立轉(zhuǎn)臺數(shù)學(xué)函數(shù)模型，基于滑?？刂破骺梢詫崟r估計和補(bǔ)償內(nèi)外擾動的特點。提出一種改進(jìn)的自適應(yīng)滑?？刂破?。經(jīng)過實驗仿真，改進(jìn)后的控制器，轉(zhuǎn)子位置和速度估算精度高，動態(tài)響應(yīng)好。

1 轉(zhuǎn)臺電機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立

本文選用面裝式永磁同步電機(jī)為對象建立起數(shù)學(xué)模型，為了便于研究被控對象，前面考慮這樣的情況：（1）PMSM沒有任何鐵心磁阻，且在運(yùn)行過程中沒有任何其他形式的耗損;（2）永磁體內(nèi)的磁導(dǎo)率與空氣相同且一直不發(fā)生任何變化;（3）空間磁場是正弦分布。

它的定子電壓方程在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d-q下的數(shù)學(xué)模型為：

3 仿真驗證

為了驗證所設(shè)計的改進(jìn)型自適應(yīng)觀測器的有效性，本文在matlab實驗環(huán)境中進(jìn)行仿真，為了驗證仿真模型的正確性，參考轉(zhuǎn)速設(shè)定為N=600r/min。當(dāng)電機(jī)從零上升到參考轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子位置估計誤差在轉(zhuǎn)速上升的時候較大，但隨著電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，估計誤差逐漸減小。當(dāng)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行后，轉(zhuǎn)速估計誤差也逐漸變小，由此可知，設(shè)計的改進(jìn)型滑模觀測器能夠滿足實際性能需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙回，王雪梅，許哲，楊柱，吳桐，王健永.一種轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)干擾補(bǔ)償控制方法研究[J].中國測試，2019，45（03）：139-145.

[2]張曉光，趙克，孫力，等.永磁同步電機(jī)滑模變結(jié)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)控制[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2011，31（15）：47-52.

[3]陳坤，閔斌，于啟洋，等.轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)的動態(tài)滑?？刂蒲芯縖J].上海航天，2015，32（5）：35-38.

[4]呂東陽，王顯軍.基于模糊PID控制的電機(jī)轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)[J].計算機(jī)應(yīng)用，2014（1）：166-168.