摘要：非線性魯棒控制技術(shù)適用于像無刷直流電動(dòng)機(jī)這樣的快速運(yùn)動(dòng)對(duì)象的控制，在提高控制精度的同時(shí)，會(huì)引發(fā)系統(tǒng)顫振。設(shè)計(jì)了一種具有動(dòng)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(hào)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(shí)，通過減小邊界層寬度提高控制精度。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出的控制方法的有效性。
關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)邊界層：非線性魯棒控制：無刷直流電動(dòng)機(jī)
O引 言
無刷直流電動(dòng)機(jī)不像傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)那樣采用機(jī)械接觸式換流機(jī)構(gòu)，而是采用電了換相，克服了傳統(tǒng)電機(jī)存在的機(jī)械摩擦帶來的噪聲、火花及壽命短等弱點(diǎn)，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(diǎn)，但控制律當(dāng)中引入的斷續(xù)函數(shù)，會(huì)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(diǎn)附近的固定邊界層之內(nèi)[4-5]，但在該類控制器設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)際控制器設(shè)計(jì)當(dāng)中，應(yīng)該盡量避免顫振發(fā)生。近來，文獻(xiàn)[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(yuǎn)離原點(diǎn)時(shí)，動(dòng)態(tài)邊界層較寬，可消除顫振，當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)靠近原點(diǎn)時(shí)，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(shí)，通過減少邊界層寬度，可提高控制精度。本文稱其為動(dòng)態(tài)邊界層方法．在現(xiàn)有的無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)義獻(xiàn)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(xiàn)[6]提出的動(dòng)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(jìn)一步改進(jìn)之處。
由于非線性魯棒控制技術(shù)是一類適用于快速運(yùn)動(dòng)對(duì)象的有效控制技術(shù)，本文以無刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)作為研究對(duì)象，提出非線性魯棒控制的動(dòng)態(tài)邊界層技術(shù)。據(jù)作者所知，具有動(dòng)態(tài)邊界層的非線性魯棒控制技術(shù)嘗未見文獻(xiàn)報(bào)道。本文采用動(dòng)態(tài)邊界層方法，針對(duì)無刷直流控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)系統(tǒng)在有效消除系統(tǒng)顫振的同時(shí)，能進(jìn)一步提高跟蹤精度，達(dá)到更好的控制效果。
1無刷直流電動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型
被控對(duì)象是由永磁電機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)及由半導(dǎo)體功率器件實(shí)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成的電機(jī)系統(tǒng)，文中給出的魯棒控制方法需系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的標(biāo)稱模型。本文考慮方波電流驅(qū)動(dòng)。為了簡(jiǎn)化電機(jī)數(shù)學(xué)模型，考慮理想條件：三相定子繞組完全對(duì)稱；磁路不飽合，不計(jì)渦流和磁滯損耗等。
本文控制目的是，給定電機(jī)機(jī)械角速度的設(shè)定值，設(shè)計(jì)非線性魯棒控制器，使得電機(jī)機(jī)械角速度跟蹤上其設(shè)定值。這里，電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩作為外部擾動(dòng)處理�？刂扑惴ㄔ陔姍C(jī)正確換栩同時(shí)，通過改變輸出PwM波形的占空比來改變電機(jī)端電壓值，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速控制。
2魯棒控制器設(shè)計(jì)
為實(shí)現(xiàn)無刷直流電動(dòng)機(jī)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(jì)相比較，給出改進(jìn)的帶動(dòng)態(tài)邊界層的非線性魯棒控制器設(shè)計(jì)，并分析動(dòng)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(dòng)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(shí)，仍能避免系統(tǒng)顫振，從而達(dá)到更好的控制效果。
4結(jié)語
針對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)這類快速運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，本文討論了帶動(dòng)態(tài)邊界層的非線性魯棒控制方法。動(dòng)態(tài)邊界層寬度可隨系統(tǒng)跟蹤誤差自動(dòng)調(diào)整，在消除系統(tǒng)顫振的同時(shí)，達(dá)到較高的控制精度，進(jìn)一步改善了系統(tǒng)控制性能�？刂破鲄�(shù)調(diào)整方向明確，便于實(shí)現(xiàn)，滿足快速運(yùn)動(dòng)對(duì)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。
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