一种用于机电伺服机构的模糊变结构控制方法

文档序号:8256703阅读:293来源:国知局
一种用于机电伺服机构的模糊变结构控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种机电伺服机构控制方法,具体涉及一种用于机电伺服机构的模糊 变结构控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着磁性材料、电力电子器件和数字处理器技术的发展,高性能伺服电机与现代 控制技术相结合,使机电伺服技术迅速发展,在航天伺服控制领域得到了广泛应用。永磁同 步电机(PMSM)因其体积小、结构简单、输出转矩大、效率高等优点,在当前的伺服控制中起 着越来越重要的作用。但由于PMSM是一个具有多变量、强耦合、非线性、变参数的复杂系 统,在实际应用中,参数摄动及负载扰动等不确定因素均会影响到控制的动静态性能指标。 传统的控制策略(如PI控制)应用于机电伺服机构并不能够取得理想的效果。在参数匹 配良好的条件下能取得较好的性能,一旦系统参数发生变化将导致系统性能变差,而且动 态响应和抗干扰能力不能很好的兼顾。
[0003] 变结构控制对于外界干扰和参数变化具有很强的鲁棒性能,其突出优点是可以实 现滑动模态与系统的外干扰和参数摄动完全无关。但由于控制的滞后等原因,变结构控制 系统存在抖振。抖振问题一直阻碍着变结构控制的实际应用
[0004] 抖振产生的实质性原因在于:当系统相点到达切换面时速度很大,空间滞后开关、 时间滞后开关、系统惯性影响、状态测量误差等因素使切换时间不是准确的落在切换面上, 而是穿越了切换面上,从而形成抖振现象。
[0005] 由于控制量切换引起的"抖振"对实际系统造成很大危害,许多学者提出了减抖措 施,目前具有代表性的消弱变结构控制抖振的方法主要有高阶滑模、柔化sgn(s)函数法、 边界层法等。
[0006]高阶滑模是通过适当的输入及非线性状态变化将系统分解为一个关于切换变量 及其告诫导数的低阶线性子系统和一个关于滑膜的低阶非线性子系统,滑动阶数越高,系 统的抖振现象就越弱,与传统的滑模变结构控制相比,高阶滑模在减弱系统抖振方面确实 有明显的效果,但计算量大,难以在实时性很强的控制系统中应用,且不能在根本上消除抖 振现象,不适用于控制精度要求较高的位置伺服系统。柔化sgn(s)函数法控制有很高的增 益,对于抑制抖振有利,但实现存在困难。边界层法的目的是缓解结构切换的不连续性,结 果也在切换面附近产生一个高增益,同时也伴随滞后,因此抖振依然存在。

【发明内容】

[0007]为解决上述问题,本发明提供了一种用于机电伺服机构的模糊变结构控制方法, 该控制方法能够有效消除机电伺服机构控制系统存在的抖振现象,具有良好的位置跟踪精 度与响应快速性。
[0008] 本发明的技术方案是:一种用于机电伺服机构的模糊变结构控制方法,该方法包 括以下步骤:
[0009] ( 1)建立机电伺服机构数学模型;
[0010] (2)定义变结构切换函数,并将切换函数进行模糊化;
[0011] (3)计算切换点.
[0012] (4)判断是否进入减速阶段;
[0013] (5)计算减速速率Rdv。
[0014] 所述的步骤(1)中的机电伺服机构数学模型如下:
[0015] U(s) = E(s) + (Ra+Las) Ia(s)
[0016] E (s) = Ke Q (s)
[0017] Te(s) = Tl(s)+JsQ (s)+BQ (s)
[0018] Te(s) = KTIa(s)。
[0019] 所述的步骤(2)中的变结构切换函数如下:s=Xi+kvv。
[0020] 所述的步骤(2)中采用两个模糊控制器变结构切换函数进行模糊化。
[0021] 所述的步骤(3)中采用第一模糊控制器计算切换点xf,第一模糊控制器为双变量
【主权项】
1. 一种用于机电伺服机构的模糊变结构控制方法,其特征在于:该方法包括以下步 骤: (1) 建立机电伺服机构数学模型; (2) 定义变结构切换函数,并将切换函数进行模糊化; (3) 计算切换点x:; (4) 判断是否进入减速阶段; (5) 计算减速速率Rdv。
2. 根据权利要求1所述的一种用于机电伺服机构的模糊变结构控制方法,其特征在 于:所述的步骤(1)中的机电伺服机构数学模型如下: U(s) =E(s) + (Ra+Las)Ia(s) E(s) =KeQ(s) Te(s) =Tl(s)+JsQ(s)+BQ(s) Te(s) =KTIa(s)。
3. 根据权利要求2所述的一种用于机电伺服机构的模糊变结构控制方法,其特征在 于:所述的步骤(2)中的变结构切换函数如下:s=Xi+kvv。
4. 根据权利要求3所述的一种用于机电伺服机构的模糊变结构控制方法,其特征在 于:所述的步骤(2)中采用两个模糊控制器变结构切换函数进行模糊化。
5. 根据权利要求4所述的一种用于机电伺服机构的模糊变结构控制方法,其特征在 于:所述的步骤(3)中采用第一模糊控制器(1)计算切换点<,第一模糊控制器(1)为双变 量V、Xi输入,单变量X〖输出,得出切换点横坐标值X〔为V和Xi的函数:=/(v,七),切换
点的清晰值为 氺 A
6. 根据权利要求5所述的一种用于机电伺服机构的模糊变结构控制方法,其特征在 于:所述的步骤(4)中如果七=<,则进入减速阶段并执行步骤(5);如果七则没有进 入减速阶段并返回执行步骤(3 )。
7. 根据权利要求6所述的一种用于机电伺服机构的模糊变结构控制方法,其特征在 于:所述的步骤(5)中减速速率
【专利摘要】一种用于机电伺服机构的模糊变结构控制方法,该方法包括以下步骤:(1)建立机电伺服机构数学模型;(2)定义变结构切换函数,并将切换函数进行模糊化;(3)计算切换点(4)判断是否进入减速阶段;(5)计算减速速率Rdv。该控制方法能够有效消除机电伺服机构控制系统存在的抖振现象,具有良好的位置跟踪精度与响应快速性。
【IPC分类】G05B13-04
【公开号】CN104570726
【申请号】CN201310521154
【发明人】丁伟涛, 朱成林, 李建明, 黄玉平, 赵国平, 徐祯祥
【申请人】北京精密机电控制设备研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月29日
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