[发明专利]永磁无刷直流电机伺服系统的快速跟踪控制系统及方法

说明书

本发明提供了一种永磁无刷直流电机伺服系统的快速跟踪控制系统及方法。该控制系统与永磁无刷直流电机典型连接；该控制系统包括非奇异终端滑模面函数模块、自适应变速趋近律函数模块和伺服控制系统快速跟踪控制模块。该控制方法首先建立包含参数不确定性的永磁无刷直流电机伺服系统的数学模型；其次设计出自适应变速趋近律算法，能够根据系统状态量距离平衡点的远近而自适应调整趋近律速度，并将该趋近律算法与非奇异终端滑模控制相结合，设计出适用于永磁无刷直流电机伺服系统的快速跟踪控制方法。该控制方法实现了永磁无刷直流电机伺服系统的高精度跟踪控制，降低了滑模的抖振问题，提高了伺服控制系统的控制品质和鲁棒性能。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁无刷直流电 机伺服系统的快速跟踪控制方法。

背景技术

永磁无刷直流电机由于其启动转矩大、功率因数高等优点被广泛应用于 工业、航天和军事领域。虽然基于传统PI控制的无刷直流电机伺服控制系统 能够在一定程度上获得满意的控制效果，但应用在控制性能要求比较高的场 合，限于PI控制器的带宽，PI控制器并不能满足实际性能的需要。

为了解决此问题，诸多先进的控制算法被提出。滑模控制由于其控制器 设计简单、鲁棒性强等优点备受关注，但传统滑模控制的控制性能容易受到 滑模抖振的干扰，使得控制误差较大。为了使滑模控制能够获得更好的控制 性能，优化滑模控制算法具有重要的实际应用意义。

公开号为CN112180721A的发明专利提供了一种基于变速趋近律的机电 伺服系统自适应滑模控制方法。该控制方法为：首先，构造双曲正切型辅助 函数并设计新的变速趋近律，用以调节滑模变量的收敛速度，使其在到达减 速点之前具有较快的收敛速度，而在到达减速点以后则能有效削弱抖振。在 此基础上，构造自适应滑模控制器，保证系统位置输出能够快速稳定地跟踪 期望轨迹。同时，设计参数更新律估计不确定项平方的上界，确保控制信号 的连续性和减小控制信号抖振。该方法虽然可以在一定程度上解决滑模抖振问题，但设计新变速趋近律实现方式过于复杂，且基于传统线性滑模面函数 设计的控制器，不能令控制系统在有限时间内收敛到期望轨迹。

有鉴于此，有必要设计一种改进的永磁无刷直流电机伺服系统的快速跟 踪控制系统及方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁无刷直流电机伺服系统的快速跟踪控 制系统及方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种永磁无刷直流电机伺服系统的快速 跟踪控制系统。所述永磁无刷直流电机伺服系统的快速跟踪控制系统与永磁无 刷直流电机典型连接；所述永磁无刷直流电机伺服系统的快速跟踪控制系统包 括非奇异终端滑模面函数模块、自适应变速趋近律函数模块和伺服控制系统快 速跟踪控制模块；

所述非奇异终端滑模面函数模块的输出端与所述自适应变速趋近律函数模 块的输入端连接；

所述非奇异终端滑模面函数模块的输出端、所述自适应变速趋近律函数模块 的输出端分别与所述伺服控制系统快速跟踪控制模块的输入端连接；

所述永磁无刷直流电机伺服系统的快速跟踪控制系统首先建立包含参数不 确定性的永磁无刷直流电机伺服系统的数学模型；然后，将所述自适应变速趋 近律函数模块中设置的自适应变速趋近律函数与所述非奇异终端滑模面函数模 块中设置的非奇异终端滑模面函数相结合，由此综合得到伺服控制系统快速跟 踪控制模块中的永磁无刷直流电机伺服系统的快速跟踪控制算法。

为实现上述发明目的，本发明还提供了一种永磁无刷直流电机伺服系统的快 速跟踪控制方法，基于上述跟踪控制系统，包括以下步骤：

S1、建立包含参数不确定性的永磁无刷直流电机伺服系统的数学模型；

S2、设计一种自适应变速趋近律算法，能够根据系统状态量距离平衡点的远 近而自适应调整趋近律速度，能使系统在更短的时间内收敛到稳态值，同时降 低了滑模控制的抖振问题。