一种球形电机的滑模控制方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种球形电机的滑模控制方法。该方法包括基于模块化思想，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空间旋转驱动方向的动力学模型；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；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。该球形电机的滑模控制方法基于球形电机结构和磁场优化，针对球形电机旋转方向的速度环和位置环，分别设计了一种指数趋近律滑模控制算法，从而，不仅能够实现单关节多自由度运动控制，抑制抖振效应，还具有高速、高精、高动态特性。

A sliding mode control method for spherical motor

【技术实现步骤摘要】
一种球形电机的滑模控制方法
本专利技术涉及机器人的
，特别是涉及一种用于机器人关节的球形电机的滑模控制方法。
技术介绍
随着机电一体化和运动控制技术的发展，当前直驱永磁电机以其直接驱动负载、低损耗和高控制精度等优越性能而成为一种趋势。其中，永磁球形电机基于磁悬浮传动原理通过改变定子线圈通电策略，可实现多自由度运动。因此，永磁球形电机大量地应用于机器人领域。永磁球形电机是一种具有强轴间耦合的多变量非线性系统，因此，存在较差的静态性能和动态性能。进一步地，由于非线性转子动力学、复杂磁场和定向测量等原因，球形电机的控制系统的设计特别困难。目前，一种基于指数趋近律的滑模控制方法应用于球形电机的控制系统，从而实现机器人关节的高速高动态响应。滑模控制方法是根据系统的性能要求来设计切换面，从而使得控制对象按照预设的轨迹在切换面附近反复切换，最终沿着切换面滑动到平衡点。滑模控制方法由于所设计的切换面和模型参数和外界的干扰没有任何关系，具有算法简单、抗干扰性能好等优点,特别适用于不确定非线性控制对象。但是，滑膜控制方法的不连续性会产生抖振效应，即受本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/n步骤S1：基于模块化思想，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空间旋转驱动方向的动力学模型；/n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；/n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。/n

【技术特征摘要】
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：基于模块化思想，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空间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。


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S3包括：
步骤S31:对球形电机的旋转方向速度环执行指数趋近律滑模变结构控制算法；
步骤S32:对球形电机的旋转方向位置环执行指数趋近律滑模变结构控制算法。


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S2包括：
步骤S21:根据悬浮方向动力学，建立球形电机系统的数学模型；
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:对所述滑模面的进行一阶求导，获得滑模控制律。


4.根据权利要求3所述的球形电机的滑模控制方法，其特征在于，所述步骤S23之后还包括步骤S24：采用李雅普诺夫函数验证常规滑模控制的存在性与可达性，并通过仿真获得球形电机的控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘吉柱，陈壮，张教狄，潘明强，王阳俊，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32