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数控转台环形力矩电机伺服系统模糊滑模控制的研究

闫凤光  
【摘要】:在国家自然科学基金资助项目“数控机床回转送进精密直接驱动技术及其控制策略研究(项目批准号:50375102)”资助下, 本课题对直接驱动技术及其控制策略进行了理论和仿真研究。 对交流伺服系统这类快速变化的非线性复杂系统,稳定性与鲁棒性是交流伺服系统的重要性能指标,人们已提出了各种控制方案优化系统性能。交流伺服系统一般采用常规PID控制,它结构简单,能使系统获得良好的稳态精度,但是对系统参数变化及外部扰动的鲁棒性不够理想。滑模控制方法因其超调小、响应速度快以及对系统参数和外部不确定扰动的鲁棒性而受到许多学者的高度重视。 本论文首先研究了逆变器死区效应的产生的原因及对系统造成的损害,并给出了抑制及消除的方法,然后根据数控转台直接驱动环形力矩电机伺服系统的特点,结合其对速度性能的要求,为交流伺服系统设计一个模糊滑模控制器的,设计了速度滑模控制器。利用速度偏差和转子角加速度作为滑模控制器的输入,通过满足滑模条件的控制量不断切换来决定电动机的定子电流,使伺服系统对参数变化和外部扰动的变化有良好的鲁棒性。 抖动问题是阻碍滑模控制方法得以广泛应用的主要原因。因此,针对滑模控制方法所固有的抖动问题,采用模糊算法加以解决。该模糊算法的控制思想为:针对相轨迹运动点在相平面的位置,以及该点运动的速度和方向,在控制器中原有控制量中加入可以调节的切换控制量。使得系统在保持滑模控制原有的鲁棒性的同时能很好的起到减小抖动的作用,并对去抖动的结果加以分析。 最后,本文对所设计的转台伺服系统进行了仿真研究。仿真结果表明这种模糊滑模控制方法能实现交流伺服系统的高鲁棒性能,与传统的PID控制相比,具有更快速的响应性能,系统超调更小,同时较好的削弱了抖动,具有令人满意的动、静态性能。


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