基于模糊自適應滑模變結構的直線電動機位置控制
張翊誠1，艾武2，陳吉紅2，唐小琦2
(1國防科學技術大學，湖南艮沙410073；2華中科技大學，湖北武漢430074)
摘要：從抑制干擾的角度出發，設計了模糊自適應滑模位置控制器．并且為了更好地抑制干擾，還設計一個推力擾動觀測器，通過仿真和實驗的結果表明，該控制策略對于提高系統的抗干擾能力和跟蹤精度有明顯的作用。
關鍵詞：直線電動機；滑模變結構；模糊白適應控制
中圖分類號：TM359．4 文獻標識碼：A 文章編號：1004 7018(200 8)09一0035—03
0引 言
基于直線電動機的直接驅動越來越多地成功應用在機床、交通運輸、航天軍工等眾多領域，比起傳統的滾珠加絲桿的形式，它因為簡化了傳動過程的慣性中間環節，因此具備更高的加速度和速度，并且能使直線運動的機構變得更簡單。但也存在不足，如轉子展開后，產生了端部效應、齒槽效應造成力的諧波波動較旋轉電機更明顯。這些深層次的原因在文獻[1一3]中都有洋細地分析。因為推力的擾動因素使得直線電動機在控制上難度加大，因此如何抑制推力的擾動，就成為目前直線電動機研究領域的一個熱點和難點。本文正是從這個角度出發來進行水磁同步直線電動機位置控制的研究。
1直線電動機矢量控制分析
如圖1所示，
直線電動機可以看成是旋轉電機的展開形式，因此借助成熟的永磁旋轉電機的分析方法，把電機的轉子和定子向dq軸卜進行分解經過解耦后，
令d軸電流分量為零，則直線電動機的推力只與q軸電流分量成正比，這樣就可以象控制直流電機那樣，通過控制電流的大小來改變電機轉速。令 ：
其中m、b、kf分別為直線電動機動子質量、阻尼系數和力常數，取值分別是35kg、0.01N·s／m、540N／A；fe(t)是電機推力，r(t)足電機位移，f[t,r(t)]是推力擾動。寫成狀態方程式中
2直線電動機滑模變結構控制分析
2. 1滑模變結構的基本思想
滑模變結構的控制方法可以認為找到這樣一個滑模切換面的函數s(x)，控制量u(x)能使當運動點到達切換面s(x)=0附近時必然有：
其本質上是基于李雅普諾夫穩定性。因為：v(x1，x2，… ，xn)=[s(xl，x2，...xn)]2則v的導數必然是負半定的，因此系統李雅普諾丈穩定。由于這種滑動模態控制方法與系統的參數及擾動兀關，因此處于滑模運動的系統就具有很好的魯棒性。關于渭模變結構控制的基本思想及相關理論的證明可以參考文獻[6 7]。
2. 2直線電動機位置控制滑�？刂品治�
取滑模面：
按照高為炳提出的自指數趨近律：
式中：s=-ks是指數趨近項其解為s=s(0)e -kt這樣有利于抑制滑模在切換時的抖動。
定義李雅普諾夫函數Lyapunovnov如下： V=1/2S2 則由Lyapunov穩定性定理可知，當V<0時系統穩定，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�？刂坡勺惴�定的。將式(6)代人式(3)，則可求得控制律：
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