永磁同步电机位置伺服系统的趋近律滑模控制_电力系统自动化会议投稿VIP免费

永磁同步电机位置伺服系统的趋近律滑模控制汪海波田炜(国网电力科学研究院清洁能源发电研究所南京210003)摘要滑模变结构控制(SMC)是一种有效的非线性鲁棒控制方法，将其用于永磁同步电机(PMSM)位置伺服系统可提高系统的鲁棒性和动态特性。PMSM位置伺服系统采用传统滑模控制方法时，需要设计多个滑模面，并通过滑模面间的切换实现位置和速度控制，然而滑模面的切换易引发系统的抖振，且控制量设计复杂。本文针对上述问题研究了基于趋近律滑模控制的PMSM位置伺服系统，伺服系统的位置和速度调节均采用滑模控制，可实现精确的位置跟踪和速度控制，并通过李雅普诺夫函数证明了控制器的稳定性。趋近律滑模的引入有效地抑制了传统滑模控制中存在的抖振现象，提高了跟踪精度。仿真和实验结果均验证了本文所提出方法的正确性及控制策略的有效性。关键词：永磁同步电机；滑模控制；位置控制；趋近律；削弱抖振；中图分类号：TM351PMSMServoSystemBasedonReachinglawSlidingModeControlHai-boWang,WeiTian(StateGridElectricPowerResearchInstitute,Nanjing210003)Abstract:Slidingmodecontrol(SMC)isadoptedinpermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)servosystemtoimprovesystemrobustnessanddynamiccharacteristics.ConventionalSMCmethodinPMSMservosystemsrequiresseveralslidesurfaces,whilepositionservoandvelocitycontrolisrealizedbyswitchesoftheseslidesurfaces,whichcausessystemchattering.Inaddition,designofcontrollawisalsocomplex.ItisinthisproblemthataPMSMservosystembasedonreachinglawSMCisproposedinthispaper.ItguaranteesSMCinbothpositionandvelocityregulationandrealizesaccuratepositionservoandvelocitycontrol.StabilityofthesystemisprovedbyLyapunovFunction.Thereachinglawmethodalsoreducessystemchatteringandimprovestheaccuracyofpositionservo.Bothsimulationandexperimentalresultsdemonstratethattheproposedmethodiscorrectandthedesignedcontrolstrategyiseffective.Keyword:permanentmagnetsynchronousmotor;slidingmodecontrol;positioncontrol;reachinglaw;reduceschattering;1．引言永磁同步电机(PMSM)既具备交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电机运行效率高、调速性能好等诸多特点。随着现代电力电子和计算机技术的快速发展，PMSM构成的交流伺服系统正逐步取代直流伺服系统，并在高精度数控、机器人等众多领域得到日益广泛的应用[1-3]。目前，交流伺服系统的控制仍普遍采用PID控制，PID控制器具有结构简单、可靠性高及容易实现等优点。但是常规PID控制器运用于具有很强非线性特性的PMSM伺服系统时，系统性能易受参数变化及外部扰动的影响，只能在有限的工作范围内满足系统特性要求。因此，诸如自适应控制、模糊控制、神经网络控制、滑模变结构控制等现代控制理论相继被应用到PMSM交流伺服系统中。滑模变结构控制(SMC)是一种有效的非线性鲁棒控制方法，它具有对系统的参数摄动和外干扰鲁棒性强、结构简单及响应快速等优点。目前，关于SMC应用于伺服系统中，相关文献进行了深入的研究，取得了许多研究成果[4~9]。基于滑模控制的伺服系统的研究主要集中在各种滑模面及控制律的设计优化、物理实现及系统抖振的抑制等方面。文献[8]将SMC与线性二次最优(LQ)控制方法相结合应用于PMSM位置伺服系统，该方法提高了系统的性能且较好地克服SMC与LQ各自存在的一些缺点。文献[9]设计了一种全滑模控制的PMSM伺服系统，并运用递归模糊神经网络(RFNN)控制方法对系统中一些不确定因素进行观测补偿，削弱了传统滑模控制下抖振问题。但SMC与其它控制方法相结合存在系统实现难度大，硬件要求较高等问题。文献[10]、[11]针对位置伺服系统采用传统滑模控制时速度不可控的问题，分别在感应电机和PMSM的伺服系统中采用先速度滑模控制后位置滑模控制的策略。将伺服过程分为加速段s1、恒速段s2、减速段s3、定位段s4四个阶段，如图1所示，解决了位置滑模控制器中速度不控的问题，各阶段对应的滑模面设计如下：(1)式中：x10、x1、x2为系统的状态变...