[发明专利]一种考虑控制量受限的永磁同步电机滑模控制器

说明书

一种考虑控制量受限的永磁同步电机滑模控制器，滑模控制系统的状态变化包括从初始值向滑模面靠近的趋近运动和在滑模面上的滑模运动两个阶段，为驱使系统状态在有限时间内逼近给定的参考信号，构造一种考虑控制量限制的离散变速趋近律，根据切换变量s_k值大小不同分别分析其动态，给定电机输出参考轨迹，考虑控制输入量受限制的情况下构造单调无抖振收敛的趋近律用于滑模控制器设计，以满足永磁同步电机跟踪控制的实际需求。本发明通过具有单调无抖振收敛的趋近律设计，提供一种基于滑模控制的伺服控制器，以实现精确的位置跟踪。

技术领域

本发明涉及电机数字控制技术，尤其适用于周期性作业的电机位置跟踪伺服系统。

背景技术

永磁同步电机以其体积小、效率高、结构简单等特点，在运动控制领域得到广泛应用。同时，由于其多变量、强耦合、非线性、变参数等特点，常规的PID控制方法往往不能满足实际应用中高性能控制的需求。因此，一些现代控制理论研究成果，特别是滑模控制方法越来越多地被用于永磁同步电机伺服控制器。

传统离散滑模控制器因包含有开关切换项，不可避免地存在高频抖振。高为炳院士提出指数趋近律用于滑模控制器设计(Gao W B,Wang Y F,Homaifa A.Discrete-timevariable structure control systems.IEEE Transactions on IndustrialElectronics,1995,42(2):117-122)。这种通过定义趋近运动轨迹的滑模控制方法存在诸多优点，能够很大程序改善系统抖振。指数趋近律及其改进形式也成为了当前最常见的滑模趋近律。Andrzej Bartoszewic给出了有效趋近律的一般形式，放宽了对趋近律步步穿越滑模面的要求(Andrzej Bartoszewic.Discrete-time quasi-sliding-mode controlstrategies.IEEE Transactions on industrial electronics,1998,45(4):633-637)。据此，Golo等人提出一种新的无抖振趋近律用于离散滑模控制器设计(Golo G,MilosavjevicC.Robust discrete-time chattering free sliding mode control.Systems&ControlLetters,2000,41(1):19-28)。

在实际运动控制系统中，受限于电机功率和驱动器带负载能力，过度的控制量是难以实现的。在应用中往往简单地对控制量进行限幅，这难免影响控制系统性能，甚至使得系统失去稳定性。常见的趋近律设计主要从削弱抖振、缩短到达时间和抑制干扰等方面考虑问题，没有针对控制量受限的实际问题提出解决方案。本发明提供一种

发明内容

为了克服现有的永磁同步电机输入受限的实际问题，本发明通过具有单调无抖振收敛的趋近律设计，提供一种基于滑模控制的伺服控制器，以实现精确的位置跟踪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种考虑控制量受限的永磁同步电机滑模控制器，滑模控制系统的状态变化包括从初始值向滑模面靠近的趋近运动和在滑模面上的滑模运动两个阶段，为驱使系统状态在有限时间内逼近给定的参考信号，构造一种考虑控制量限制的离散变速趋近律：

其中s_k为第k控制步的切换变量值，arctg(·)为反正切函数，参数λ≥1用于限制控制量变化速率，α和β为

其中sgn(·)为符号函数，表示向下取整；

根据切换变量s_k值大小不同分别分析其动态，过程如下：

1)当|s_k|≥λ时，α＝β＝1，所以由(1)得