用規(guī)范模型追蹤法改善電動機速度控制系統(tǒng)的特性(1)
程樹康 崔淑梅 (哈爾濱工業(yè)大學(xué)150001)
【摘 要】針對伺服系統(tǒng)高速、高精度追蹤給定目標(biāo)值這一目的，提出基于pi+滯后環(huán)節(jié)的有限時間控制的規(guī)范模型追蹤系統(tǒng)，并用于電動機速度控制系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，這一方法對于抑制電動機參數(shù)變化和轉(zhuǎn)矩干擾對響應(yīng)的影響具有明顯的效果，文中簡述使用非線性的滯后環(huán)節(jié)的有限時間整定控制系統(tǒng)的幾種實現(xiàn)方式及特點。
【敘 詞】規(guī)范模型追蹤系統(tǒng)電動機速度控制特性
1有限時間整定控制系統(tǒng)的實
現(xiàn)方式
在眾多的工業(yè)應(yīng)用中，要求具有對步進輸入的目標(biāo)值不過沖及響應(yīng)快的良好性能，為實現(xiàn)這個要求，提出了各種控制方法，而使用非線性的滯后環(huán)節(jié)的有限時間整定控制是其中的方法之一。
該方法應(yīng)用在位置控制系統(tǒng)中提出了將滯后環(huán)節(jié)插入到速度反饋系統(tǒng)中的滯后反饋控制方案。對速度控制系統(tǒng)，則采用將過去pi控制中的p元件置換成滯后環(huán)節(jié)的滯后積分控制方式，以及在pi控制中并置滯后環(huán)節(jié)的pi+滯后環(huán)節(jié)控制二種方式。這些有限時間整定控制系統(tǒng)與過去的線性控制系統(tǒng)比較，由于增加了滯后環(huán)節(jié)，因而可以方便地實現(xiàn)對步進輸入、響應(yīng)快、不過沖的良好性能。這種有限時間整定控制實現(xiàn)的前提條件是忽略控制對象的參數(shù)變動，即假定其參數(shù)總是定值。而實際控制時，由于控制對象參數(shù)精度不充分，特性隨時間變化，這些有限時間整定系統(tǒng)的響應(yīng)將會由于參數(shù)的變化而惡化。這是由于在將控制對象模型化時對非線性特性進行了線性化處理，忽略了快速變化的動特性，在控制系統(tǒng)的設(shè)計時沒有考慮參數(shù)變化的影響。
為抑制參數(shù)變化的影響，提出了具有非線性規(guī)范模型的規(guī)范模型追蹤系統(tǒng)的方案。這種系統(tǒng)由規(guī)范模型和追蹤系統(tǒng)二部分構(gòu)成，規(guī)范模型部分是滯后積分控制。這種系統(tǒng)即使在參數(shù)變化時也能得到良好的響應(yīng)，干擾的影響也顯著抑制，但是，這種系統(tǒng)中由于其規(guī)范模型單步響應(yīng)的整定時間取決于控制對象，因而在要求控制系統(tǒng)的整定時間時，仍不能取得滿意結(jié)果。
為了改善有限整定控制系統(tǒng)的特性。作為規(guī)范模型追蹤系統(tǒng)在電動機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，又進一步發(fā)展為以pi+滯后環(huán)節(jié)作為規(guī)范模型的模型追蹤系統(tǒng)，如附圖所示。
在附圖所示的系統(tǒng)中，規(guī)范模型補償器在pi控制中加滯后環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)這個補償器，就可得到規(guī)范模型輸出所希望的有限整定響應(yīng)。如果實際控制對象和理想控制對象相一致，那么追蹤系統(tǒng)的響應(yīng)就和規(guī)范模型的響應(yīng)相同。若實際控制對象變化，或有干擾及失真，則由系統(tǒng)內(nèi)魯棒補償器抑制其影響，從而在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時，追蹤理想的響應(yīng)。
文中圍繞以pi+滯后環(huán)節(jié)為規(guī)范模型的規(guī)范模型追蹤系統(tǒng)構(gòu)成的電動機速度控制系統(tǒng)為中心，介紹這種系統(tǒng)的原理和特點。后續(xù)各文中陸續(xù)介紹，以一次速度控制系統(tǒng)為例，說明有限時間整定的原理，以及有限時間整定控制系統(tǒng)中使用的非線性滯后環(huán)節(jié)的工作原理；以直流伺服電動機為控制對象的仿真，驗證有限時間整定原理的有效性，以及探討控制對象參數(shù)變化系統(tǒng)的影響；為了抑制控制對象參數(shù)變化的影響而提出的規(guī)范模型追蹤系統(tǒng)的原理，進而根據(jù)二自由度控制系統(tǒng)設(shè)計理論和h控制理論，討論二種規(guī)范模型的規(guī)范模型系統(tǒng)的設(shè)計方法；論述使用非線性規(guī)范模型的規(guī)范模型追蹤系統(tǒng)在電動機速度控制中的應(yīng)用，以直流伺服電動機為控制對象，設(shè)計魯棒補償器，由仿真說明規(guī)范模型追蹤系統(tǒng)的有效性。
(待續(xù))
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