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扰动式永磁步进电机的滑模控制器
摘要本文涉及永磁电机滑模控制器设计。该控制方案已被提出和负载转矩扰动和参数不确定性也屡见不鲜。该控制器的设计基于步进电机平特性差异。仿真是通过运用各种类型的扰动和参数不确定性条件评价的性能和鲁棒性的控制器。永磁步进电机,静态滑模控制,DQ转换,平面系统的差异,扰动I. 前言
近年来,数字电子技术和微控制器步进电机技术。这是由于数字输入性能的步进电机允许它连接到任何数字控制器。这些设备的最初目的是提供精确的定位控制无传感器的使用。步进电机广泛用于许多运动控制应用,如机器人,打印机,过程控制系统,生物医学应用,办公自动化应用,等等。步进电机是一种机电系统在增量运动转换成离散的数字信号输入的机械运动。,命令脉冲应用在适当的序列转子旋转固定一步取决于其建设。相比直流电机步进电机许多优势,即低摩擦,寿命长,使用的轴承,非常可靠,步进电机是一非线性系统[ 1]。开环稳定的,因此,不需要反馈控制。然而,因此,许多研究人员和从业人员已开发出了各种控制算法提高反应式步进电机。各种控制算法已发展到提高性能的步进电机反馈线性化[ 4][ 5],[6 ]奇异摄动理论,和[ 7 ]。然而,这种方法需要精确的知识动态步进电机。在[ 21],鲁棒跟踪控制,不需要电流测量的建议。该控制器补偿参数不确定性而产生的有界稳定造成的电机位置跟踪误差。在[ 9]的增益调度控制器与模糊控制器的步进电机的建议。模糊算法利用误差及误差导数信号给一个适当的增益控制器。结果表明,该控制器。在[ 22]定量反馈理论(量子)永磁步进电机控制器的应用。本文表明鲁棒性的非线性控制可以通过使用滑动模式控制()。提供了一个系统的方法的问题,维护稳定和一致的性能。这种技术限制了系统轨迹沿流形,鲁棒性能对参数不确定性,外部干扰和测量误差可以保证。
差异平系统理论引入了由[ 11]提供了一种新的方式控制非线性动力系统。在这一理论,一旦状态和输入的非线性动态系统,可以表达的所谓的平坦输出及其衍生物,这种系统称为差异平。人们可以利用这种结构设计的控制算法,运动规划,轨迹生成,稳定[ 10]。平面系统也不需要外部的变量系统被完全定义[ 11]。也没有系统的方法来确定平面输出虽然平坦的输出往往具有物理意义。这个理论已经被成功地实施飞行制导控制[ 12],[13 ]车辆主动悬架,气垫船系统[ 14 ],[ 15 ]cycab机器人,等。II. 步进电机的模型
永磁步进电机的结构是由2个主要部分:定子和转子。永久磁铁的转子上增加步进电机的磁化交替南北两极坐落在一条直线平行于转子轴和创建了一个极对数等于步数。永磁步进电机具有凸极的定子线圈进行励磁。该定子极数是确定的几个阶段。一个好的定性解释的步进电机的运作中可以找到[ 16]。
数学模型的一个永磁步进电机是由以下方程(见[ 16]为详细推导的模型)
(1)
其中是绕组的绕组电流是绕组的绕组电流,θ是电机轴,ω是轴的角速度,是绕组两端的电压,是绕组两端的电压,是转子齿,J是转子惯,B是粘滞摩擦系数,是各相绕组的电感和电阻,是电机转矩(反电动势)常数,负载转矩。负载转矩可以表示为
是负载惯量。感兴趣的读者可以参考[ 18]找到的价值从不同类型的负载惯量。
方程式(1)这是用来描述永磁步进电机是高度非线性因为存在正弦和余弦函数。为了提供一个合适的形式,这些方程的非线性控制器的设计,()转变实施。这种转变的变化参考框架固定相轴与转子轴的移动。变换的定义是: (3)
(4)
电流是部分的定子磁场沿轴线的转子磁场是正交组件该系统的方程是由永磁步进电机变换为
(5)
EMBED Equation.3
其中 EMBED Equation.3 是直接电流,是正交电流,ω角速度,θ角位移,和分别是直接和正交电压,作为新的控制输入系统。变换明显优势余弦和正弦函数(1)已被淘汰,一个简单的控制器设计。,,,
,,,
,,
方程(5)可以写为
(6)
其中是直接电流,是正交电流,是角速度,是电机转子的角位移。
控制器的设计在于控制转子的角位移跟随给定的参考变化,控制直接电流跟随给定的参考值变化。因此,线性系统的输出是这样的
(8)
该系统首先表现差异平系统的线性化输出,由相电流和转子角位置的永磁电机。静滑动模式控制器设计了系统稳定所需的平衡点。差异单位系统构成的线性输出(或输出)。
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