交流伺服系统模糊滑模控制研究

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永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有转子损耗小、功率密度大、运行可靠、结构简单、效率高、转矩波动小等优点,在对控制性能要求较高的场合,如数控机床、航空航天以及雷达等方面得到了广泛的应用。同时,永磁同步电机也是一个多变量、非线性、强耦合的复杂系统,存在内部参数摄动的问题。滑模控制(Sliding Mode Control,SMC)以其对系统模型精确性要求不高,对不确定性因素具有较强的鲁棒性,以及易于实现等特点,在交流传动领域受到关注。但滑模控制自身固有的高频抖振现象却成为限制其广泛应用的主要障碍。插入积分环节可以有效削弱系统抖振,并提高系统的稳态精度,但也在一定程度上降低系统抗扰动能力。为解决这一矛盾,可以采用模糊推理的方法,对滑模控制器中的切换系数进行在线调整,在不加剧系统抖动的前提下提高系统的抗扰动能力。本文针对PMSM矢量控制调速系统,设计了采用模糊滑模控制算法的速度控制器。文章首先对PMSM数学模型进行了分析,以此为基础,采用基于转子磁链定向矢量控制技术,实现了永磁同步电机线性化解耦控制。然后,对滑模变结构控制的原理、特点以及滑模变结构控制系统的设计方法进行了分析,根据永磁同步电机的特点,给出了一种基于积分补偿的滑模控制算法。最后,引入模糊控制对滑模控制器中的切换系数进行在线调整,在不加剧抖振的前提下改善系统鲁棒性能。仿真和实验结果表明,该控制策略能有效克服外界扰动及内部参数摄动的影响,具有良好的自适应性,使系统获得优良的动态和稳态性能,提高了系统鲁棒性。
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