永磁直线同步电动机的二阶滑模控制

摘要

自80年代以来，永磁交流伺服技术得到了迅速发展，利用永磁直线同步电动机构成的系统也越来越呈现多样化和复杂化，对伺服控制提出了更高的要求，即系统伺服系统具有较强的速度跟踪能力和抗干扰能力。滑模变结构控制理论以其响应快、鲁棒性好、设计实现方便等优点，已被逐步应用于电力传动控制领域。但在实际工程应用中存在着一个严重的问题——抖振问题，即开关控制造成的高频抖动。原因在于许多实际控制器、执行机构无法实现高频切换，而且系统在稳态时有稳态误差，甚至高频振动会导致系统元件损坏等不良后果。该论文在对永磁同步电动机的数学模型和控制理论进行全面、深入研究的基础上，应用二阶滑模变结构控制理论，克服系统的参数变化和外界扰动的不良影响，以实现高性能、鲁棒性强的交流伺服系统。 该论文在介绍传统滑模的基础上，阐述了高阶滑模基本理论，说明了高阶滑模控制可以削弱抖振的原因，以二阶滑模控制方法为重点，介绍了二阶滑模控制的基本原理和几种算法，并分别针对连续和离散的永磁同步直线电动机伺服系统详细研究了螺旋算法和超螺旋算法，仿真结果表明二阶滑模不仅保留了传统滑模的所有优点，而且明显地削弱了抖振现象。 由于永磁同步直线电动机伺服系统具有多重时标的特性，因此可将奇异摄动理论与二阶滑模理论相结合，以解决永磁直线电动机伺服系统模型中非线性和变量间的耦合问题。首先利用奇异摄动理论将伺服系统分解为两个不同时标的子系统，然后采用二阶滑模算法——超螺旋算法分别设计快变和慢变子系统的控制律，再由子系统的控制律合成得到永磁直线同步电机的复合控制。这样还可以降低了控制器设计过程的复杂程度。奇异摄动方法主要有准稳态法和块对角化法，分别针对时标差异较小和较大的系统，该论文采用不同的永磁直线同步电机作为被控对象来验证这两种方法的有效性。仿真结果表明这种策略不仅使PMLSM伺服系统具有较好的速度跟踪能力，而且可以保证系统对负载干扰和参数变化等不确定性具有很强的鲁棒性。

目录

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1绪论

1.1永磁直线同步电动机的发展

1.2永磁直线同步电动机的控制方法

1.3二阶滑模控制理论的产生和发展

1.3.1滑模变结构控制系统中的抖振问题

1.3.2二阶滑模控制的发展

1.4本课题研究的主要内容

2永磁直线同步电动机的数学模型

2.1概述

2.2直线永磁同步电动机的基本结构

2.3永磁直线同步电动机的基本工作原理

2.4直线永磁同步电动机的dq轴模型和推力方程

2.5影响永磁直线同步交流伺服系统性能的扰动因素

2.6小结

3二阶滑模变结构控制

3.1传统滑模控制

3.1.1传统滑模控制基本原理

3.1.2抖振问题的分析

3.2高阶滑模

3.2.1高阶滑模控制理论概述

3.2.2高阶滑动模态的定义

3.2.3控制系统中的高阶滑动模态

3.3二阶滑模

3.3.1二阶滑模的定义

3.3.2二阶滑模控制的几种算法

3.4小结

4永磁直线同步电动机的二阶滑模控制

4.1 PMLSM的非线性数学模型和滑模量设计

4.2控制律的设计

4.2.1螺旋算法

4.2.2超螺旋算法

4.3仿真结果

4.3.1螺旋算法的仿真结果

4.3.2超螺旋算法的仿真结果

4.3小结

5基于奇异摄动理论的永磁直线同步电动机二阶滑模控制

5.1奇异摄动理论

5.1.1准稳态法

5.1.2块对角化法

5.2永磁直线电动机伺服系统的双时标分解

5.2.1准稳态法

5.2.2块对角化法

5.3二阶滑模控制算法的设计

5.3.1慢变子系统控制律的设计

5.3.2快变子系统控制律的设计

5.4仿真结果

5.4.1有铁心的PMLSM的仿真结果

5.4.2无铁心的PMLSM的仿真结果

5.5小结

6结论

参考文献

在学研究成果

致谢