基于模糊自适应滑模变结构的直线电动机位置控制

    张翊诚1，艾武2，陈吉红2，唐小琦2

     (1国防科学技术大学，湖南艮沙410073；2华中科技大学，湖北武汉430074)

摘要：从抑制干扰的角度出发，设计了模糊自适应滑模位置控制器．并且为了更好地抑制干扰，还设计一个推力扰动观测器，通过仿真和实验的结果表明，该控制策略对于提高系统的抗干扰能力和跟踪精度有明显的作用。

     关键词：直线电动机；滑模变结构；模糊白适应控制

     中图分类号：TM359．4  文献标识码：A  文章编号：1004 7018(200 8)09一0035—03

                  

0引  言

    基于直线电动机的直接驱动越来越多地成功应用在机床、交通运输、航天军工等众多领域，比起传统的滚珠加丝杆的形式，它因为简化了传动过程的惯性中间环节，因此具备更高的加速度和速度，并且能使直线运动的机构变得更简单。但也存在不足，如转子展开后，产生了端部效应、齿槽效应造成力的谐波波动较旋转电机更明显。这些深层次的原因在文献[1一3]中都有洋细地分析。因为推力的扰动因素使得直线电动机在控制上难度加大，因此如何抑制推力的扰动，就成为目前直线电动机研究领域的一个热点和难点。本文正是从这个角度出发来进行水磁同步直线电动机位置控制的研究。

1直线电动机矢量控制分析

 

    如图1所示，

直线电动机可以看成是旋转电机的展开形式，因此借助成熟的永磁旋转电机的分析方法，把电机的转子和定子向dq轴卜进行分解经过解耦后，    

              

令d轴电流分量为零，则直线电动机的推力只与q轴电流分量成正比，这样就可以象控制直流电机那样，通过控制电流的大小来改变电机转速。令 ： 

 

其中m、b、k_f分别为直线电动机动子质量、阻尼系数和力常数，取值分别是35kg、0.01N·s／m、540N／A；f_e(t)是电机推力，r(t)足电机位移，f[t,r(t)]是推力扰动。写成状态方程式中

    

2直线电动机滑模变结构控制分析

2. 1滑模变结构的基本思想

    滑模变结构的控制方法可以认为找到这样一个滑模切换面的函数s(x)，控制量u(x)能使当运动点到达切换面s(x)=0附近时必然有：

  

其本质上是基于李雅普诺夫稳定性。因为：v(x1，x2，…  ，xn)=[s(xl，x2，...xn)]²则v的导数必然是负半定的，因此系统李雅普诺丈稳定。由于这种滑动模态控制方法与系统的参数及扰动兀关，因此处于滑模运动的系统就具有很好的鲁棒性。关于渭模变结构控制的基本思想及相关理论的证明可以参考文献[6 7]。

2. 2直线电动机位置控制滑模控制分析

     取滑模面：

    

按照高为炳提出的自指数趋近律：

   

式中：s=-ks是指数趋近项其解为s=s(0)e^-kt这样有利于抑制滑模在切换时的抖动。