基于模糊自適應滑模變結(jié)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(fā)，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(jié)果表明，該控制策略對于提高系統(tǒng)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(jié)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(qū)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(tǒng)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(huán)節(jié)，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(zhuǎn)子展開后，產(chǎn)生了端部效應、齒槽效應造成力的諧波波動較旋轉(zhuǎn)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(fā)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(zhuǎn)電機的展開形式，因此借助成熟的永磁旋轉(zhuǎn)電機的分析方法，把電機的轉(zhuǎn)子和定子向dq軸卜進行分解經(jīng)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(zhuǎn)速。令 ：
其中m、b、kf分別為直線電動機動子質(zhì)量、阻尼系數(shù)和力常數(shù)，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(tài)方程式中
2直線電動機滑模變結(jié)構控制分析
2. 1滑模變結(jié)構的基本思想
滑模變結(jié)構的控制方法可以認為找到這樣一個滑模切換面的函數(shù)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(zhì)上是基于李雅普諾夫穩(wěn)定性。因為：v(x1，x2，… ，xn)=[s(xl，x2，...xn)]2則v的導數(shù)必然是負半定的，因此系統(tǒng)李雅普諾丈穩(wěn)定。由于這種滑動模態(tài)控制方法與系統(tǒng)的參數(shù)及擾動兀關，因此處于滑模運動的系統(tǒng)就具有很好的魯棒性。關于渭模變結(jié)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模控制分析
取滑模面：
按照高為炳提出的自指數(shù)趨近律：
式中：s=-ks是指數(shù)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(shù)Lyapunovnov如下： V=1/2S2 則由Lyapunov穩(wěn)定性定理可知，當V<0時系統(tǒng)穩(wěn)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�(wěn)定的。將式(6)代人式(3)，則可求得控制律：
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