摘要：非線性魯棒控制技術(shù)適用于像無刷直流電動機這樣的快速運動對象的控制，在提高控制精度的同時，會引發(fā)系統(tǒng)顫振。設(shè)計了一種具有動態(tài)邊界層的非線性魯棒控制器，分析了閉環(huán)系統(tǒng)的控制性能，在控制器作用下，被控系統(tǒng)可以較好地跟蹤速度參考輸入信號不僅速度跟蹤誤差最終能夠收斂到邊界層肉，而目在消除顫振現(xiàn)象的同時，通過減小邊界層寬度提高控制精度。仿真結(jié)果驗證了所提出的控制方法的有效性。

    關(guān)鍵詞：動態(tài)邊界層：非線性魯棒控制：無刷直流電動機

O引  言

無刷直流電動機不像傳統(tǒng)直流電動機那樣采用機械接觸式換流機構(gòu)，而是采用電了換相，克服了傳統(tǒng)電機存在的機械摩擦帶來的噪聲、火花及壽命短等弱點，在軍工產(chǎn)品、工業(yè)生產(chǎn)過程、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛[1-2]。因此，其高性能控制技術(shù)是值得深入研究的課題。

    傳統(tǒng)的****最小魯棒控制，雖然可以使得系統(tǒng)誤差收斂到原點，但控制律當(dāng)中引入的斷續(xù)函數(shù)，會導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)牛顫振[3]。后來提出的連續(xù)化控制技術(shù)，最終可使系統(tǒng)的狀態(tài)收斂劍原點附近的固定邊界層之內(nèi)[4-5]，但在該類控制器設(shè)計時仍需兼顧提高控制精度與消除顫振之間的矛盾。顫振往往導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差，增加系統(tǒng)能耗，激發(fā)高頻未建模特性，因而在實際控制器設(shè)計當(dāng)中，應(yīng)該盡量避免顫振發(fā)生。近來，文獻[6]提出的變結(jié)構(gòu)控制方法中，其邊界層與系統(tǒng)的狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)遠離原點時，動態(tài)邊界層較寬，可消除顫振，當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)靠近原點時，邊界層寬度減小，以獲得高控制精度。這種變結(jié)構(gòu)控制器在消除系統(tǒng)顫振的同時，通過減少邊界層寬度，可提高控制精度。本文稱其為動態(tài)邊界層方法．在現(xiàn)有的無刷直流電動機控制系統(tǒng)義獻中，關(guān)于變結(jié)構(gòu)控制技術(shù)的研究已經(jīng)較為深入，文獻[6]提出的動態(tài)邊界層變結(jié)構(gòu)控制策略可有效減弱變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)中的顫振現(xiàn)象。非線性魯棒控制技術(shù)巾也存在同樣值得進一步改進之處。

    由于非線性魯棒控制技術(shù)是一類適用于快速運動對象的有效控制技術(shù)，本文以無刷直流電動機控制系統(tǒng)作為研究對象，提出非線性魯棒控制的動態(tài)邊界層技術(shù)。據(jù)作者所知，具有動態(tài)邊界層的非線性魯棒控制技術(shù)嘗未見文獻報道。本文采用動態(tài)邊界層方法，針對無刷直流控制系統(tǒng)設(shè)計魯棒控制器，并討論其控制性能。所提出的控制方法使得電機系統(tǒng)在有效消除系統(tǒng)顫振的同時，能進一步提高跟蹤精度，達到更好的控制效果。

    1無刷直流電動機數(shù)學(xué)模型

被控對象是由永磁電機本體、轉(zhuǎn)子位置檢測及由半導(dǎo)體功率器件實現(xiàn)的驅(qū)動電路構(gòu)成的電機系統(tǒng)，文中給出的魯棒控制方法需系統(tǒng)動態(tài)特性的標稱模型。本文考慮方波電流驅(qū)動。為了簡化電機數(shù)學(xué)模型，考慮理想條件：三相定子繞組完全對稱；磁路不飽合，不計渦流和磁滯損耗等。

本文控制目的是，給定電機機械角速度的設(shè)定值，設(shè)計非線性魯棒控制器，使得電機機械角速度跟蹤上其設(shè)定值。這里，電機的負載轉(zhuǎn)矩作為外部擾動處理。控制算法在電機正確換栩同時，通過改變輸出PwM波形的占空比來改變電機端電壓值，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制。

    2魯棒控制器設(shè)計

為實現(xiàn)無刷直流電動機系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制，與傳統(tǒng)的非線性魯棒控制器設(shè)計相比較，給出改進的帶動態(tài)邊界層的非線性魯棒控制器設(shè)計，并分析動態(tài)邊界層非線性魯棒控制下系統(tǒng)的跟蹤性能。

   3 仿真

結(jié)果表明，與帶固定邊界層非線性魯棒控制相比，帶動態(tài)邊界層非線性魯棒控制方法，在減少。取值、提高跟蹤精度的同時，仍能避免系統(tǒng)顫振，從而達到更好的控制效果。

    4結(jié)語

針對無刷直流電動機這類快速運動系統(tǒng)，本文討論了帶動態(tài)邊界層的非線性魯棒控制方法。動態(tài)邊界層寬度可隨系統(tǒng)跟蹤誤差自動調(diào)整，在消除系統(tǒng)顫振的同時，達到較高的控制精度，進一步改善了系統(tǒng)控制性能。控制器參數(shù)調(diào)整方向明確，便于實現(xiàn)，滿足快速運動對象的控制要求。數(shù)值結(jié)果表明了所提出的控制方法的有效性。