复合A/C轴环形永磁力矩电机鲁棒滑模控制策略研究

论文摘要

直接驱动技术为复合A/C轴赋予了优良的性能,有着间接驱动无法比拟的优势。环形永磁力矩电机与直接驱动技术相结合形成的复合A/C轴,能完成更加精密、高速和可靠的加工。本文以国家自然科学基金项目“数控机床回转送进精密直接驱动技术及其控制策略研究”(项目批准号:50375102)为背景,针对复合A/C轴环形永磁力矩电机直接驱动的特点及对系统跟踪性能和鲁棒性能的要求,分别采用二阶滑模、鲁棒控制与滑模控制相结合的控制方法,提出了三种控制策略,以提高直接驱动系统的伺服性能。首先,建立了复合A/C轴环形永磁力矩电机直接驱动伺服系统的数学模型。其次,阐述了二阶滑模基本理论,说明了二阶滑模控制可以削弱抖振的原因,介绍了二阶滑模控制的基本原理和二阶滑模几种控制算法。针对连续系统,采用超螺旋算法设计了二阶滑模速度控制器。介绍了高阶离散滑模理论,针对离散系统,采用离散二阶滑模预设收敛率算法设计了位置控制器。然后,介绍了线性矩阵不等式及常用引理,采用鲁棒控制理论与滑模变结构理论相结合的方法,在有外部扰动的情况下,受匹配和失配模型不确定性的滑模系统中,采用一个基于公式的线性矩阵不等式来设计鲁棒控制器。选择环形永磁力矩电机直接驱动复合A/C轴摆头,完成复合A/C轴环形永磁力矩电机直接驱动伺服系统的理论研究。最后,文章以德国CyTec公司生产的RM166/100型环形永磁力矩电机为例,建立系统数学模型,并利用MATLAB软件对上述三种控制策略进行仿真研究及分析。仿真结果及分析表明,所设计的控制器使环形永磁力矩电机伺服系统具有较好的速度和位置跟踪能力,而且对负载干扰和参数变化等不确定性具有很强的鲁棒性,同时大大削弱了抖振现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的目的及意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第二章 复合A/C轴环形永磁力矩电机直接驱动伺服系统
• 2.1 复合A/C轴环形永磁力矩电机伺服系统
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 环形永磁力矩电机伺服系统组成及其工作原理
• 2.2 直接驱动技术
• 2.2.1 直接驱动及其特点
• 2.2.2 直接驱动系统的控制技术
• 2.3 环形永磁力矩电机
• 2.3.1 环形永磁力矩电机结构及其特点
• 2.3.2 系统数学模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 环形永磁力矩电机的二阶滑模控制
• 3.1 高阶滑模控制
• 3.1.1 高阶滑动模态定义
• 3.1.2 二阶滑模变结构控制
• 3.2 环形永磁力矩电机二阶滑模控制
• 3.2.1 二阶滑模控制律设计
• 3.2.2 滑模变量选取
• 3.2.3 二阶滑模控制器设计
• 3.3 仿真结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 环形永磁力矩电机离散二阶滑模位置控制
• 4.1 离散时间滑模变结构控制
• 4.2 环形永磁力矩电机离散二阶滑模控制
• 4.2.1 预设收敛律法
• 4.2.2 离散滑模变量选取
• 4.2.3 位置控制器设计
• 4.3 仿真结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于LMI的环形永磁力矩电机鲁棒滑模控制
• 5.1 线性矩阵不等式
• 5.1.1 LMI技术在鲁棒控制中的应用
• 5.1.2 线性矩阵不等式的一般表示
• 5.1.3 求解线性矩阵不等式问题的算法
• 5.1.4 控制理论中几个重要引理
• 5.2 鲁棒滑模控制器设计
• 5.2.1 不确定性的描述
• 5.2.2 系统评价性能
• 5.2.3 系统规范形变换
• 5.2.4 滑模面选择
• 5.2.5 鲁棒滑模控制律设计
• 5.3 仿真结果及分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢