实际工程中由于执行器输出的限制,直流伺服电机过大的控制律值难以实 现,在控制输入受限的条件下实现系统的性能要求是工业生产的必要条件。直 流伺服电机系统结构复杂,它的变量不唯一,而且系统是非线性的,常常带有 干扰。由于系统的不确定性,参数的变化以及一些其他因素的影响,传统的控 制算法往往采用近似处理,在实际工程中很难发挥作用。因此,对于控制策略 的要求越来越高,引进一种高效的控制方法,改善系统总体的性能。当今人们 对控制理论的研究不断深入,出现了很多新的控制策略,滑模变结构控制变得 越来越成熟。如今非线性系统的控制成为热门课题,由于滑模变结构控制对其 的强鲁棒性,它在控制非线性系统中受到大家的青睐,已经成为较普遍的方法。 这种控制方法相比传统的方法具有更大的优越性,它的滑动模态对于模型本身 参数的变化和外界产生的扰动不具有敏感性,所以具有饱和输入的伺服电机, 虽然是非线性系统,但采用自适应滑模控制,可以克服系统的不确定性,达到 控制的性能指标。实现伺服系统的迅速响应、准确定位的系统要求,提高系统 性能。

1。2 伺服系统介绍

二十世纪八十年代以后,微电子技术发展,电力电子器件向着微型化演变, 电路构成变小,集成度高,控制方式也转向数字控制,智能控制。这对伺服系 统的优化产生了重大作用。传统交流伺服系统的控制方式控制电力器件较大, 现在逐渐朝着微观发展,微机控制也成为当今的热门。而且从原先的控制伺服 硬件变为控制伺服软件,控制伺服系统的软件也是现在许多学者和研究员共同 探讨的话题,他们将伺服系统朝着智能化方向发展。

在上述提到的数字控制方式,主要是控制伺服系统的控制器,控制方式也 由当初的硬件控制变为软件控制,控制方式更便捷,更智能。其中在软件控制 方面,交流伺服系统的控制也从外部转向内部,从而与电机的深层电路关系更 加紧密,能够提高控制效率[3]。

伺服系统往往都包含一个执行器,大多是电机。近十年来,无刷直流电机 变得越来越完善,性能更加卓越,渐渐的代替了别的电机,变成交流伺服系统的执行电机。因为无刷直流电机和同步电机、感应电机相比,在速度较低时运 行,具有更好稳定性,控制方法简单,价格低,性能高的等诸多优势。这些都 得益于近年来研究员的不懈努力。无刷直流电动机的这些优势在中小功率的伺 服系统中显得尤为突出,满足了该系统高精度、高性能的指标。在大功率的伺 服系统中,交流异步伺服系统仍然占主要部分,但无法实现精确控制,达不到 高性能要求。

到了八十年代后,因为工业现代化的进程加快,伺服系统是各种工业生产 的主要动力能源系统,所以对于伺服系统需要更高的性能要求。对此国内外的 专家开始研究改善伺服系统的先进控制理论与控制方法,期望提高控制对象的 运行性能。这之前已经有很多人在这方面取得了巨大成果,硬件方面的有改善 电机的结构构成,研发新的电机材料以提高永磁材料的性能,设计新的逆变装 置与提高元部件的精度,提升性能指标等等。软件方面出现了许多新的控制理 论,主要从控制方法来提升交流伺服的性能。比如运用卡尔曼滤波法,通过设 计一个无速度传感器,不仅能够估算出电动机的转子转速,还能够估计转子位 置。还有新兴的滑模控制方法,这种方法是建立在现代控制与自动控制的实践 与理论基础之上,进行拓展,实现了非线性系统的最优控制。在实际中证明其 具有较强的鲁棒性,对于外界因素产生的扰动以及自身参数的变化,体现出强 的抗干扰性[4]。至于一些识别功能,在智能控制中,对于被控对象的参数,模 型,干扰信号,电源功率等等的识别,也得到了很大提高。

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