离散变结构控制及其在直线伺服系统上的实现

论文摘要

在提供直线机械能方面,直线电机比传统方式具有更加优异的表现,尤其是在以高速高精度为主要特征的数控加工领域。为了提高直线电机的控制性能,目前越来越多的先进控制技术被研究应用到其中,并取得了丰硕的成果。因此,研究如何将先进控制技术应用于直线电机以提高伺服系统的控制性能具有十分重要的现实意义。本文主要研究分析滑模变结构控制技术和重复控制技术在直线电机上应用的可行性。本文的主要工作和成果包括以下几个方面:1.针对高氏幂次趋近律存在的颤振问题,本文引入边界层思想来改进趋近律,使系统在两种不同的趋近律之间进行切换选择,从而有效消除了颤振。2.设计不确定系统的变结构控制器时,本文采用理想切换动态方法,即将扰动抑制措施直接“嵌入”到趋近律(前文改进的幂次趋近律)中,然后根据这种新型趋近律设计系统的控制器。理论分析指出系统存在三种收敛层边界情况,即单调收敛层边界、绝对收敛层边界和准滑模带边界。3.考虑到直线电机通常需要去执行一些重复性控制任务,因此系统的不确定性扰动呈现出明显的周期性。为了对周期性外激励信号实现完全跟踪或抑制,本文结合重复策略提出一种离散滑模重复控制器设计方法。4.设计辨识实验,建立直线伺服对象的特征数学模型。主要工作包括两项:1)理论证明直线伺服系统存在特征模型,即可用一个二阶慢时变的差分方程近似描述(当选取合适的采样周期时,可用一个二阶时不变差分方程描述);2)将实验数据从DSP开发板采集到上位机,并利用Matlab软件计算得到这个二阶差分模型的系数。5.利用DSP开发板构建直线伺服系统的位置环,编程实现文中所设计的离散滑模重复控制器。实验结果表明,本文所设计的控制器可有效提高直线伺服系统的控制精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及研究意义
• 1.2 与课题相关控制技术的研究现状
• 1.2.1 滑模变结构控制技术的研究现状
• 1.2.2 重复控制技术的研究现状
• 1.3 先进控制技术在直线电机上的应用
• 1.4 本文的研究内容及章节安排
• 第2章 离散变结构控制器和滑模重复控制器的设计
• 2.1 引言
• 2.2 变结构控制器设计
• 2.2.1 趋近律方法
• 2.2.2 理想切换动态方法
• 2.3 滑模重复控制器设计
• 2.4 切换动态边界层分析
• 2.5 小结
• 第3章 离散变结构控制器的设计
• 3.1 引言
• 3.2 问题的提出
• k+1=（1-p）S_K.O3.3 基于S_k+1=（1-p）S_K.O
• 3.3.1 控制器设计
• 3.3.2 收敛性能
• 3.3.3 数值仿真
• 3.4 基于幂次趋近律的变结构控制器设计
• 3.4.1 控制器设计
• 3.4.2 收敛性能
• 3.4.3 数值仿真
• 3.5 小结
• 第4章 离散滑模重复控制器的设计
• 4.1 引言
• 4.2 DSMRC 控制器设计及收敛性能
• 4.2.1 DSMRC 控制器设计
• 4.2.2 收敛性能
• 4.3 定位控制
• 4.4 数值仿真
• 4.4.1 跟踪控制问题
• 4.4.2 定位控制问题
• 4.5 小结
• 第5章 直线伺服系统的数学模型
• 5.1 引言
• 5.2 直线伺服对象的传递函数模型
• 5.2.1 AC-PMLSM 的机理模型
• 5.2.2 伺服对象的传递函数模型G（s）
• 5.3 直线伺服对象的特征模型
• 5.4 直线伺服对象的实验模型
• 5.4.1 理论推导
• 5.4.2 实验结果
• 5.5 小结
• 第6章 变结构控制器在直线伺服系统中的实现
• 6.1 引言
• 6.2 直线伺服系统的硬件组成
• 6.2.1 数字控制器
• 6.2.2 功率驱动器
• 6.2.3 位置传感器
• 6.3 直线伺服系统的软件实现
• 6.3.1 主程序
• 6.3.2 中断子程序
• 6.4 实验结果
• 6.5 小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果