永磁同步電機的模糊滑模控制

黃石維，周國榮

(中南大學信息科學與工程學院，湖南長沙410083)

摘要：為了實現(xiàn)高性能永磁同步電動杌伺服系統(tǒng)快速而精確的位置跟蹤控制．在滑模控制策略中引入模糊控制算法設(shè)計了基于模糊規(guī)則的滑模控制囂．通過理論分析和控制仿真，證實了模糊滑模控制很好地解決了抖振問題，對參數(shù)變化和負載攏動具有較強的魯捧性．永磁同步電機可獲得優(yōu)良的位置跟蹤效果。

關(guān)鍵詞：滑模控制；模糊控制；永磁同步電機；模糊規(guī)則

中圖分類號：TP27    文獻標識碼：A

    1 引言

 

    永磁同步電動機由于其體積小、效率高、結(jié)構(gòu)簡單可靠、轉(zhuǎn)矩大和魯棒性強等優(yōu)點，被廣泛應用于高精度位置控制的伺服系統(tǒng)。但PMSM又是一個多變量、非線性、強耦合的系統(tǒng)，為了克服這些缺點，已經(jīng)提出了許多消除不確定性影響的控制策略，然而，魯棒性得不到保證。多年來，滑模控制由于控制結(jié)構(gòu)簡單、魯棒性和可靠性高，故被廣泛地應用于運動控制中，并且已經(jīng)取得了很多卓有成效的研究成果。但是，“抖振”問題成為滑模控制器應用的障礙。本文將模糊控制和滑模控制相結(jié)合，采用模糊規(guī)則，利用滑模到達條件對切換增益進行估計并利用切換增益消除干擾項，從而消除抖振。使得PMSM伺服系統(tǒng)對負載干擾和參數(shù)變化具有很好的魯棒性。

 

    2 永磁同步電機伺服系統(tǒng)數(shù)學模型

 

    帶有正弦感應的電動勢的永磁同步電機的數(shù)學模型如下：

    在滑模控制律式(17)中，切換增益K(t)的值是造成抖振的原因。K(t)用于補償不確定項E(t)，以保證滑模存在性條件得到滿足。如果E(t)時變，則為了降低抖振，采用模糊規(guī)則，根據(jù)滑模到達條件對切換增益K(￡)的值進行有效的估計，使K(t)也時變。

 

    3.2模糊控制器的設(shè)計

 

    滑模存在的條件為    ss

當系統(tǒng)到達滑模面后，將會保持在滑模面上。由于K(t)為保證系統(tǒng)得以到達滑模面的增益，因此其值必須足以消除不確定項的影響。

 

    模糊規(guī)則如下：

 

    如果ss>0，則K(t)應增大    (22)

    如果ss

    由式(22)和式(23)設(shè)計如下模糊系統(tǒng)：ss為輸入，△K(t)為輸出。系統(tǒng)輸入輸出的模糊集定義如下：

    ss={NB NM ZO PM PB }

    △K={NB NM ZO PM PB }

    其中NB為負大，NM為負中，ZO為零，PM為正中，PB為正大。

 

    模糊系統(tǒng)的輸入隸屬函數(shù)如圖1所示，模糊系統(tǒng)的輸出隸屬函數(shù)如圖2所示。選擇如下模糊規(guī)則：

    4 系統(tǒng)仿真分析

 

    以永磁同步電機模型的位置跟蹤為例，被控裝置包括轉(zhuǎn)臺、減速器和執(zhí)行電機，折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動貫量為0.0196 kg·㎡，額定轉(zhuǎn)速