直线伺服系统的离散滑模控制研究

摘要

直接驱动的直线电机伺服系统由于省掉了中间的传动环节，消除了机械传动链的影响，从而在精密与超精进给、高速与超高速运行等方面显示出了优越性能。但是，模型的不确定性、内部参数摄动及负载扰动等直接影响伺服系统的性能，因此，必须采取有效的控制策略来克服这些不确定性的影响。 永磁直线同步电机(PMLSM)伺服系统采用高能永磁体，具有推力强度高、损耗低、响应快等特点，是一个复杂的非线性系统，所以要求其具有对输入指令较高的跟踪性能和对不确定性有较好的抗扰性能。 滑模变结构控制是一种非线性控制方法，对系统的参数变化和扰动具有完全的自适应性。尤其对于模型不确定的系统，具有较好的稳定性和鲁棒性。然而，滑模控制在切换面上存在着“抖振”。 本文针对滑模变结构理论研究的现状以及伺服系统对控制策略的具体要求，以永磁直线同步电机伺服系统为控制对象，着重研究了两方面内容： 针对高精度永磁直线同步电机伺服系统存在的诸多不确定性问题，设计了模型参考离散滑模(MRDSMC)位置跟踪控制器，将伺服问题转化为调节问题，并引入遗忘因子保证系统具有全鲁棒性；此外，为了抑制由高频未建模动态引起的抖振，在MRDSMC设计中加入低通滤波器。理论推导与仿真结果表明，该方案能有效地抑制系统未建模动特性的影响，具有很强的鲁捧跟踪性能。 针对直线电机执行重复控制任务这一具体应用场合，将离散滑模变结构与迭代学习控制结合。迭代学习控制能利用系统先前控制经验和误差来修正不理想的控制信号，产生新的控制信号，提高系统跟踪性能。本文利用迭代学习控制算法来调整变结构控制器的参数，削弱抖振，提高稳态精度。理论分析与仿真结果表明，该方案在保证直线伺服系统快速精确跟踪性能的同时，对系统参数变化和阻力扰动具有很强的鲁棒性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题的目的及意义

1.2课题的相关技术和现状

1.3课题的内容和要解决的问题

2永磁同步直线电机概述

2.1永磁直线同步电机的基本结构

2.2永磁直线同步电机的基本工作原理

2.3永磁直线同步电机的数学模型

3离散滑模变结构控制

3.1引言

3.2滑模变结构控制的原理

3.2.1滑模变结构控制的基本概念

3.2.2变结构控制系统的设计

3.3离散滑模变结构系统

3.3.1离散变结构控制系统的等效控制

3.3.2离散准滑动模态的到达条件

3.3.3离散系统变结构控制律的设计

3.4基于衰减控制的离散变结构控制

3.4.1衰减控制

3.4.2离散指数趋近律与衰减控制

3.5离散系统的抖振及其削弱方法

3.5.1抖振产生的原因

3.5.2解决办法

4基于模型参考的高精度直线伺服系统离散滑模控制

4.1参考模型的设计

4.2离散滑模控制(DSMC)反馈环的设计

4.3滑模面的的鲁棒性设计

4.4抖振的抑制

4.5仿真结果及分析

5基于迭代学习的直线伺服系统的离散变结构控制

5.1迭代学习控制

5.1.1迭代学习的基本原理

5.1.2迭代学习的分类

5.1.3迭代学习控制中存在的问题

5.2基于迭代学习的直线伺服系统的离散变结构控制

5.2.1离散变结构控制器的设计

5.2.2单调收敛的迭代学习控制

5.3仿真结果及分析

6结论

参考文献

在学研究成果

致 谢