基于滑模控制的永磁同步电机伺服系统的研究
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说明：
摘要：永磁同步电机（PMSM）是一个多变量、非线性、强耦合的复杂系统，对外界扰动及内部摄动极为敏感。为提高系统鲁棒性，本文引入了滑模变结构控制策略(SMC)，设计了一种简单易行的SMC控制器，仿真和实验结果证明文中设计的SMC控制器能有效可靠地实现永磁同步电机伺服系统。
关键词：滑模变结构控制 永磁同步电机 伺服系统 鲁棒性
1．引言
永磁同步电机（PMSM）具有结构简单、功率密度高、效率高等优点，在高精度数控机床、机器人、特种加工等工矿场所得到了广泛应用。传统PMSM控制器大多采用PI调节器，PI控制算法简单，能满足一定范围内的控制要求，但其设计依赖于精确数学模型。而PMSM是一个多变量、强耦合、非线性、变参数的复杂对象，在实际应用中，由于外界干扰及内部摄动等不确定因素的影响，传统PI 控制器很难满足高性能控制要求。现代控制理论的发展为PMSM高性能控制器的实现提供了可能[1-2],但控制方法的复杂性限制了其广泛应用。
SMC是50年代俄罗斯学者提出的一种有效的非线性鲁棒控制方法，它不需要对系统的精确观测，控制率整定方法简单，易于数字实现，系统响应快，瞬态性能好。近年来，国内外研究人员开始探索SMC在工程上的应用。在各类电机位置伺服系统中应用SMC的研究证明，SMC能有效改善摩擦非线性和负载时变性，提高系统的鲁棒性[4-6]。已有学者尝试在PMSM伺服系统中应用SMC技术。文献将位置环，转速环和电流环三环结合设计了一个SMC调节器，简化了控制器设计，仿真表明系统鲁棒性得到提高，但由于系统电气时间常数和机械时间常数不一致，三环的综合设计令调试参数选取比较困难，实际很难达到理想的控制效果。文献将模糊控制和SMC控制结合设计控制器，仿真结果表明，和传统PID控制相比，系统的动态性和鲁棒性均有所提高。但由于涉及两种控制策略，增加了设计难度。
本文从实际应用角度，根据矢量控制PMSM伺服系统的特点，设计了一种易于实现的SMC控制器。文中选择一阶滑模面，选用状态反馈的SMC控制方式，设计了一种简单的SMC控制器用于PMSM伺服系统。仿真和实验结果均表明，所设计的SMC控制器能有效地改善了永磁同步电机伺服系统的动静态特性。
1．引言
2．永磁同步电机数学模型
3．SMC控制器的设计
4．仿真和实验研究
5．实验研究
6．结论
参考文献：
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作者点评：
本文设计了一种简单易行的SMC控制器，应用于PMSM伺服系统，并对其进行仿真和实验研究。研究结果表明，所设计的SMC控制器能有效实现PMSM伺服系统，它算法简单,易于软件实现。实时性好，鲁棒性强，是一种有效的、可靠的控制器设计方案，能很好的提高PMSM伺服系统的动静态性能。