基于模糊自適應(yīng)滑模變結(jié)構(gòu)的直線電動(dòng)機(jī)位置控制
張翊誠(chéng)1，艾武2，陳吉紅2，唐小琦2
(1國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，湖南艮沙410073；2華中科技大學(xué)，湖北武漢430074)
摘要：從抑制干擾的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了模糊自適應(yīng)滑模位置控制器．并且為了更好地抑制干擾，還設(shè)計(jì)一個(gè)推力擾動(dòng)觀測(cè)器，通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，該控制策略對(duì)于提高系統(tǒng)的抗干擾能力和跟蹤精度有明顯的作用。
關(guān)鍵詞：直線電動(dòng)機(jī)；滑模變結(jié)構(gòu)；模糊白適應(yīng)控制
中圖分類(lèi)號(hào)：TM359．4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004 7018(200 8)09一0035—03
0引 言
基于直線電動(dòng)機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)越來(lái)越多地成功應(yīng)用在機(jī)床、交通運(yùn)輸、航天軍工等眾多領(lǐng)域，比起傳統(tǒng)的滾珠加絲桿的形式，它因?yàn)楹?jiǎn)化了傳動(dòng)過(guò)程的慣性中間環(huán)節(jié)，因此具備更高的加速度和速度，并且能使直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)變得更簡(jiǎn)單。但也存在不足，如轉(zhuǎn)子展開(kāi)后，產(chǎn)生了端部效應(yīng)、齒槽效應(yīng)造成力的諧波波動(dòng)較旋轉(zhuǎn)電機(jī)更明顯。這些深層次的原因在文獻(xiàn)[1一3]中都有洋細(xì)地分析。因?yàn)橥屏Φ臄_動(dòng)因素使得直線電動(dòng)機(jī)在控制上難度加大，因此如何抑制推力的擾動(dòng)，就成為目前直線電動(dòng)機(jī)研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文正是從這個(gè)角度出發(fā)來(lái)進(jìn)行水磁同步直線電動(dòng)機(jī)位置控制的研究。
1直線電動(dòng)機(jī)矢量控制分析
如圖1所示，
直線電動(dòng)機(jī)可以看成是旋轉(zhuǎn)電機(jī)的展開(kāi)形式，因此借助成熟的永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)的分析方法，把電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子向dq軸卜進(jìn)行分解經(jīng)過(guò)解耦后，
令d軸電流分量為零，則直線電動(dòng)機(jī)的推力只與q軸電流分量成正比，這樣就可以象控制直流電機(jī)那樣，通過(guò)控制電流的大小來(lái)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。令 ：
其中m、b、kf分別為直線電動(dòng)機(jī)動(dòng)子質(zhì)量、阻尼系數(shù)和力常數(shù)，取值分別是35kg、0.01N·s／m、540N／A；fe(t)是電機(jī)推力，r(t)足電機(jī)位移，f[t,r(t)]是推力擾動(dòng)。寫(xiě)成狀態(tài)方程式中
2直線電動(dòng)機(jī)滑模變結(jié)構(gòu)控制分析
2. 1滑模變結(jié)構(gòu)的基本思想
滑模變結(jié)構(gòu)的控制方法可以認(rèn)為找到這樣一個(gè)滑模切換面的函數(shù)s(x)，控制量u(x)能使當(dāng)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)到達(dá)切換面s(x)=0附近時(shí)必然有：
其本質(zhì)上是基于李雅普諾夫穩(wěn)定性。因?yàn)椋簐(x1，x2，… ，xn)=[s(xl，x2，...xn)]2則v的導(dǎo)數(shù)必然是負(fù)半定的，因此系統(tǒng)李雅普諾丈穩(wěn)定。由于這種滑動(dòng)模態(tài)控制方法與系統(tǒng)的參數(shù)及擾動(dòng)兀關(guān)，因此處于滑模運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)就具有很好的魯棒性。關(guān)于渭模變結(jié)構(gòu)控制的基本思想及相關(guān)理論的證明可以參考文獻(xiàn)[6 7]。
2. 2直線電動(dòng)機(jī)位置控制滑�？刂品治�
取滑模面：
按照高為炳提出的自指數(shù)趨近律：
式中：s=-ks是指數(shù)趨近項(xiàng)其解為s=s(0)e -kt這樣有利于抑制滑模在切換時(shí)的抖動(dòng)。
定義李雅普諾夫函數(shù)Lyapunovnov如下： V=1/2S2 則由Lyapunov穩(wěn)定性定理可知，當(dāng)V<0時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定，因此將趨近律式(6)代八可以得：顯然v<0，故基于趨近律的滑模控制律足穩(wěn)定的。將式(6)代人式(3)，則可求得控制律：
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