有刷直流电机自适应滑模控制器设计与实验

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【作者】顾万里 [1] 胡云峰 [2] 张森 [3] 陈虹 [1]

【关键词】有刷直流电机扰动观测器自适应滑模控制器 Lyapunov稳定性

【摘要】为了提高有刷直流电机低速控制的精确性,设计了基于扰动补偿的有刷直流电机转速自适应滑模控制器.首先,针对转速模型中摩擦力在转速快速变化过程中体现的快变特性和在线估计困难的特点,采用Stribeck稳态摩擦力模型,通过离线辨识模型参数的方式计算摩擦力;其次,针对负载扭矩等扰动的慢变特性,设计了扰动观测器对其进行在线估计,并证明了估计误差的有限时间收敛性及有界性;最后,设计了自适应滑模控制器对扰动进行补偿和误差反馈校正,进而实现精确的转速跟踪控制,并在Lyapunov稳定性框架下证明了闭环系统的稳定性.该控制器的开关增益仅与扰动观测器估计误差的上界相关,避免了一般滑模控制方法采用高增益来提高控制精度的问题,从而能够大大减小系统输入抖振现象,有利于工程实现.所提方法的稳态误差分别为PI、传统滑模控制器稳态误差的46％、63％,响应时间在0.15s以内,远小于PI、传统滑模控制器的响应时间,通过正弦参考信号跟踪实验,验证了所提方法在瞬态工况下具有很好的控制效果.实验结果表明,所设计的控制器能有效抑制摩擦力及负载扰动对电机控制带来的影响,能显著改善电机控制的稳态和瞬态性能,并且该方法能大大减小控制输入的抖振问题.

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