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模糊滑模控制在电动执行器上的应用研究

王立石  
【摘要】:针对电动执行器的位置控制算法,国内外学者已做了很多研究,包括PID控制,PD控制和双模控制等。由于通常情况下伺服电机和传动机构总存在着传动间隙和惯性,控制规律选取不当时会引起继电器的频繁切换,甚至产生不停的抖动现象。同时机械部分对电气部分的影响仍然存在,即电动机轴上经折算后得到的转动惯量不再是一个常数。另外,系统在运行过程中,不可避免的要受到外界因素的干扰。为了提高系统的定位精度和稳定性,本文采用了模糊滑模控制,并且提出采用带有智能积分和自调整因子的模糊滑模算法改进控制器以实现系统性能提高。 本文首先设计了基于单相异步电动机的仿真模型,能够实时仿真随着电压通断和负载转矩以及转动惯量的变化,电机的转速和角位移响应。模糊滑模控制可以不依赖系统的模型,保持了常规模糊控制的优点,同时它又可以减弱单纯滑动模态控制系统存在的抖振。本文对模糊滑模控制方法进行了改进,主要包括:加入带有智能积分和自调整因子α的滑模切换线s,能够随着误差的变化,自动调整α的数值,随之调整模糊控制的输入量,充分利用角位移误差和它的变化率的控制信息,模糊滑模控制方法对于电动机变参数时具有很好的控制效果,可以防止系统的抖动并且减小系统误差和增强系统的鲁棒性。 最后,本文对系统进行了仿真实验研究。控制器的设计主要是在MATLAB下实现的,而自调整因子程序和模糊程序是在MATLAB内部的s子函数和SIMULINK环境下实现的,通过比较滑模控制算法和模糊滑模算法的系统响应曲线,可以看出此控制器的有效性。


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