[发明专利]一种球形电机的滑模控制方法

权利要求书

1.一种球形电机的滑模控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

步骤S1：对球形电机的悬浮力和转矩进行解耦，分别建立球形电机在悬浮方向和旋转驱动方向的动力学模型；

步骤S2：对球形电机在悬浮方向的动力学模型执行基于终端滑模控制算法；

步骤S3：对球形电机的旋转驱动方向的动力学模型执行滑模控制算法，并在该滑模控制算法过程中，采用指数趋近律来削弱或消除抖振效应；其中，步骤S3包括：步骤S31:对球形电机的旋转驱动方向速度环执行指数趋近律滑模变结构控制算法；步骤S32:对球形电机的旋转驱动方向位置环执行指数趋近律滑模变结构控制算法；

其中，步骤S31包括：步骤S311：设定球形电机处于稳定悬浮状态，建立单元电磁驱动模块的简化数学模型；步骤S312：获取球形电机定子电磁驱动模块的角速度误差信号；步骤S313：选用线性切换面作为速度环滑模切换函数；步骤S314：结合指数趋近律，获得基于指数趋近律的控制律，所述基于指数趋近律的控制律的表达式如下式所示：其中，ω^*为给定机械角速度，ω为实际机械角速度，a＝B/J，b＝k/J，k为转矩常数，J为电机转动惯量，B为阻力转矩的阻尼系数，s为线性切换面，σ为控制参数，T_L为所受负载转矩，iq为转矩电流，C为常量。

2.根据权利要求1所述的球形电机的滑模控制方法，其特征在于，步骤S2包括：

步骤S21:建立球形电机在悬浮方向的动力学模型；

步骤S22:获取球形电机定子电磁驱动模块的位置误差信号并根据误差信号定义滑模面；

步骤S23:对所述滑模面进行一阶求导，获得滑模控制律。

3.根据权利要求1所述的球形电机的滑模控制方法，其特征在于，步骤S32包括：

步骤S321：根据步骤S31中所获得的单元电磁驱动模块的简化数学模型，设定状态变量，获取球形电机定子电磁驱动模块位置误差信号；

步骤S322：定义位置环滑模面；

步骤S323：结合指数趋近律，获得基于指数趋近律的控制律。