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速度环滑模变结构控制器的研究 |
| 直流电机易于实现速度和位置跟踪，并有很宽的调速范围，因此，直流电机广泛应用于工业生产中，如冷连轧机生产过程等。冷连轧机在轧制过程中，由于钢板来料厚度的波动，使得直流电机的负载也是变化的，如何保证系统在外界负载干扰和内部参数变化情况下系统速度基本不变，即提高系统的鲁棒性，从而保证生产质量和产量，具有较大的工程意义。 直流电机速度控制系统，人们通常将其按线性系统来处理，但是实际直流电机速度控制系统是含有多种非线性的系统，如电枢反应非线性、励磁非线性、饱和非线性等。本文主要考虑了电枢反应非线性，利用非线性系统状态反馈线性化的设计方法，通过适当的非线性状态变换和输入变换，将速度非线性控制系统综合问题转化为线性系统的综合问题，并采用对系统参数变化及外界扰动具有较强鲁棒性的滑模变结构控制方法，实现了直流电机速度的跟踪控制。 直流电机速度环被控对象数学模型 cmφ=a+bi=kfif+bi （1）  图1直流电机速度被控对象的动态结构图 图1中，除了电流环调节器外，还有一补偿环节cmφe/cmφ，其目的是为了使得整个直流电机速度控制系统的开环增益在常规调压调速和弱磁调速时均保持不变，其中cmφe是额定转矩常数，cmφ为电机实际转矩常数。lt为电流调节器，ks为晶闸管放大系数，β为电流反馈系数，r为电枢回路总电阻，为电机电磁时间常数，l为电枢回路总电感。  （2）并把电流环简化为:  （3） 式中，  图2 直流电机速度被控对象等效结构图 选择直流电机的电枢电流i和电机转速ω为状态变量x1、x2，则状态空间模型为: 速度环非线性控制器的设计 状态反馈线性化  （5）为了研究输入/输出间的动态响应关系，我们对y关于t求导，直到y的导数项中第一次出现控制输入量u:   （6） 速度环变结构控制器设计 定义切换函数为: 仿真研究及结果  图3 阶跃信号跟踪曲线  图4 切换函数曲线 图3所示是直流电机跟踪阶跃信号nd=9.55ωd=600rpm的情况，此时负载扰动设为t1=（29100+2910sin（3.14t）） （即相当于轧制过程中，由于来料厚度的波动引起的轧制负载扰动在额定负载的60%附近以 的范围波动）。从图3中可以看出，速度跟踪过程中没有超调，而且动态过程较好。图4给出的是切换函数对时间的曲线，从图3中可以看出，轨迹在0附近上下波动，可见所设计的变结构控制器对于系统的参数变化具有较好的鲁棒性。 仿真研究结果表明，本文设计的基于输入输出反馈线性化的速度变结构控制系统具有良好的跟踪性能，并且在外界负载和系统内部参数变化时，系统同样具有良好的跟踪性能。 |
，所以在设计电流环调节器时可以不考虑反电势。运用文献[4]所给出的方法，设计出电流调节器lt为:
，ts为整流装置时间常数，toi为电流滤波时间常数，分别为0.00167秒和0.001秒。这样直流电机的方框图可以简化如图2。
（4）
—电磁转矩，t1—负载转矩。
（10）
