基于奇异摄动的永磁直线同步电动机滑模控制

论文摘要

永磁直线同步电动机(PMLSM)具有高响应、高刚度和高精度等特点,在被越来越多地应用到高速、超高速和精密加工等场合的同时,对其控制策略的研究也越来越受到关注。PMLSM中变量间的非线性耦合、参数不确定性、直接负载扰动和端部效应等给其精密控制带来难度。本论文在深入分析永磁直线同步电动机伺服系统存在参数摄动和外部扰动,且机械与电气变量之间存在耦合关系的基础上,设计了基于奇异摄动的永磁直线同步电动机滑模控制器。为解决PMLSM的非线性变量耦合问题,本文利用奇异摄动理论解决速度和电流之间存在耦合的系统非线性问题。针对参数不确定性和外部扰动问题,本文采用滑模变结构控制方法,为削弱滑模控制给系统带来的抖振,将平滑模切换律应用到PMLSM伺服系统控制器的设计中。由于永磁同步直线电动机伺服系统具有多重时标的特征,本文将滑模控制与奇异摄动相结合,不仅解决了永磁直线电动机伺服系统模型中变量间存在的耦合问题,降低了控制器设计过程的复杂程度,而且使系统对不确定性参数摄动和外部扰动具有很高的鲁棒性。奇异摄动方法主要有准稳态法和块对角化法,分别针对时标差异较小和较大的系统。首先利用这两种方法将伺服系统分解为两个不同时标的子系统,然后采用含有平滑模切换律的滑模控制策略先分别设计快变和慢变子系统的控制律,再将两个子系统的控制律合成,得到永磁直线同步电机的复合控制。仿真结果表明,含有平滑模切换律的双滑模控制方法使PMLSM伺服系统具有快速的动态响应,而且使系统对参数摄动和外部扰动具有很强的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 永磁直线同步电动机的发展
• 1.2 永磁直线同步电动机的控制方法
• 1.2.1 传统控制策略
• 1.2.2 现代控制策略
• 1.3 滑模变结构控制方法的发展
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第二章 永磁直线同步电动机的数学模型
• 2.1 概述
• 2.2 概述永磁直线同步电动机的基本结构与运行原理
• 2.3 永磁直线同步电动机dq轴模型和数学方程
• 2.4 影响永磁直线同步电动机系统性能的扰动因素
• 2.5 小结
• 第三章 奇异摄动理论与滑模控制理论
• 3.1 奇异摄动理论
• 3.1.1 准稳态法
• 3.1.2 块对角化法
• 3.2 滑模控制
• 3.2.1 滑动模态
• 3.2.2 等效控制
• 3.2.3 滑模控制过程与平滑模切换律
• 3.3 小结
• 第四章 基于稳态法的永磁直线同步电动机滑模控制
• 4.1 永磁直线同步电动机伺服系统的双时标分解
• 4.2 滑模控制律的设计
• 4.2.1 慢变子系统控制律的设计
• 4.2.2 快变子系统控制律的设计
• 4.3 仿真结果
• 4.4 小结
• 第五章 基于块对角化法的永磁直线同步电动机滑模控制
• 5.1 永磁直线同步电动机伺服系统的双时标分解
• 5.2 滑模控制律的设计
• 5.2.1 慢变子系统控制律的设计
• 5.2.2 快变子系统控制律的设计
• 5.3 仿真结果
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢