[发明专利]直接驱动伺服系统的二阶滑模控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于数控技术领域，涉及一种直接驱动伺服系统混合非奇异终端二阶滑模控制方法与系统。

背景技术：

半个世纪以来,进给驱动技术虽然经历变化,但长期以来,基本的传动形式仍然是“旋转电动机+滚珠丝杠”,很难达到高速度、高精度、技术生产的要求，随着技术的进步与加工质量和效率要求的提高,直线电机在机床领域得到了很好的应用。

传统的进给系统有其固有的缺点，由于传统的伺服进给方式由“旋转电动机+滚珠丝杠”组成，电动机的旋转运动要经过一系列中间传动环节才能变成滑板和道具的直线运动，因此导致系统的刚度和鲁棒性降低从而使系统的伺服性能降低。中间传动环节的存在还会使运动体的转动惯量增加，速度、位移响应速度慢从而使系统的精度很难得到改善。提高零件的生产率和改善其加工质量要求其具有反应快速、灵敏、高速的进给驱动系统。为了满足高速精密加工的要求新型的直线电机进给系统成为研究和应用的重点方向。直线电动机直接驱动系统不需要任何中间机械传动机构,由直线电动机给负载直接提供推力,消除了由传动机构带来的问题和限制，实现了从电动机到工作台(或刀架)的零传动”由于直接驱动减去了电机与负载相连的中间传动环节，因此减少了许多的不利因素，使系统具有很好的响应速度、很高的精度和刚度等优点。虽然直接驱动伺服系统可提高控制性能，但依然主要靠系统的控制性能才可达到预期的目标；实际上，当传统驱动方式被直接驱动替代后，则要求系统具有较强的抗干扰性和动态鲁棒性。因为该系统对负载的扰动和参数的变化都很敏感。而且负载的伺服系统也存在着许多的不确定性，设计的控制器要具有理论和工程的实际意义，那么必须使其在不确定性对系统破坏最严重时也能满足其性能的要求。

滑模变结构控制作为一种非线性不连续控制方法，因其算法简单，抗干扰能力强，易于工程实现等优点而受到广泛的关注。滑模表明系统具有一种特殊的模态，变结构表明控制器的结构会发生变化，其基本原理在于先设计一个系统状态空间的滑动超平面滑模，使处于滑模上的系统具有稳定性和良好的动态性能；再设计控制器使系统在有限时间内到达滑模当系统状态穿越滑模时，控制器结构就发生变化，使系统保持在滑模上运动传统的变结构控制采用线性的滑模，系统到达滑模后，跟踪误差渐近收敛至零，并且渐近收敛的速度可以通过选择滑动模态参数来调整，但无论如何调整，状态跟踪误差都将无限时间收敛。为了解决无限时间收敛的问题，终端滑模控制方法被提出并得到广泛的关注通过在滑模设计中引入非线性函数，使得在滑动模态跟踪误差能够在有限时间收敛至零。终端滑模方法的提出，不仅解决了有限时间收敛的问题，而且相对于传统变结构控制具有性能更好鲁棒性更强的优点。

发明内容：

发明目的：针对现有技术中存在的上述问题，提供了直接驱动伺服系统混合非奇异终端二阶滑模控制方法与系统，提高了系统的响应速度并且增强了鲁棒性。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实施的：

直接驱动伺服系统的二阶滑模控制系统控制方法，其特征在于：该系统是由永磁直线电机位置控制器、自适应控制器和控制系统硬件部分组成，其中控制系统硬件部分包括主电路、控制电路、控制对象三部分，其中控制电路包括DPS处理器、电流采样电路、动子位置采样电路、IPM隔离驱动保护电路，主电路包括调压电路、整流滤波单元、IPM逆变单元，控制对象为机身装有光栅尺的三相永磁直线同步电机，永磁直线电机位置控制器采用混合非奇异终端二阶滑模设计，二阶滑模位置控制器的混合非奇异终端滑模面为：