一种基于滑模变结构的二维转台角度速度一体控制方法技术

本发明专利技术属于二维转台角度和速度控制领域；涉及一种基于滑模变结构的二维转台角度速度一体控制方法。所述控制方法包括在传统的永磁同步电机矢量控制的基础上，针对角度环和速度环控制，设计了一种基于指数趋近律的滑模变结构角度和速度一体控制器；判断转台的运动角度，从而来切换角度滑模控制和速度滑模控制；将相应滑模控制的输出q轴的电流值作为q轴目标电流；将目标电流与Park变换后等效电流做差，得到控制电流，将控制电流输入到二维转台的永磁同步电机中实现对二维转台的转动控制；本发明专利技术控制方法具有响应速度快、抗干扰能力强、控制精度高和稳定性好等优点；具有滑模面设计简单、参数整定简单，控制器结构简单可靠等特点。等特点。等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于滑模变结构的二维转台角度速度一体控制方法


[0001]本专利技术涉及一种基于滑模变结构的二维转台控制方法，尤其涉及一种基于指数趋近律滑模变结构的永磁同步电机角度速度一体化控制方法。

技术介绍

[0002]二维转台常用于车载、舰载、机载和星载等应用场景，是一个非线性、强耦合的多变量系统。二维转台常工作在严苛的环境条件下，受到的干扰种类繁杂，且对控制精度要求较高。当二维转台受到外界扰动或者自身参数发生改变时，基于经典控制理论的PID控制、超前滞后控制器等通常难以满足控制需求，基于现代控制理论的神经网络控制、自抗扰控制等虽能够解决由于被控对象的非线性、时变性以及被控过程的随机性和突变性等引起的控制精度和稳定性降低问题，但嵌入式实现困难。现有的角度速度一体化滑模控制器滑模面设计复杂，系统实现难度大，且系统稳定度不高。

技术实现思路

[0003]为了在角度速度控制一体化前提下提升二维转台的位置控制精度，本专利技术将利用滑模控制对扰动和参数不敏感、响应速度快的特点，设计滑模角度速度一体化控制器来提升速度稳定性和角度控制精度。本专利技术提供一种基于滑模变结构的二维转台位置和速度控制方法，将利用滑模控制对扰动和参数不敏感、响应速度快的特点，设计滑模角度控制器来提升角度和速度控制精度。
[0004]为了实现上述控制效果，本专利技术采取的技术方案是：
[0005]一种基于滑模变结构的二维转台角度速度一体控制方法，所述控制方法包括：
[0006]对二维转台中的永磁同步电机的数学模型公式进行分析，获取永磁同步电机的三相电流；
[0007]采用Clark变换将所述三相电流转换成α-β坐标系下的等效电流；
[0008]通过角度传感器和速度传感器实时采集二维转台转动的反馈角度θ
m
和反馈速度ω
m
；
[0009]将所述反馈角度θ
m
和所述反馈速度分别与所述α-β坐标系下的等效电流进行Park变换转换成d-q旋转坐标系下的等效电流；
[0010]将目标角度θ
ref
和反馈角度θ
m
做差，采用指数趋近律的滑模面的得到输出q轴的电流值作为角度滑模控制；
[0011]将目标速度ω
ref
和反馈速度ω
m
做差，采用指数趋近律的滑模面得到输出q轴的电流值作为速度滑模控制；
[0012]当进行第一角度范围内运动时，则进行角度滑模控制；
[0013]当进行第二角度范围内运动时，则先进行速度滑模控制，当所述反馈角度θ
m
离目标角度θ
ref
相差一个切换角度值时，切换为角度滑模控制；
[0014]将上述采用的输出q轴的电流值作为q轴目标电流，与Park变换后q轴等效电流做差，对电流进行调节，得到q轴的电压；
[0015]将d轴目标电流与Park变换后d轴等效电流做差，对电流进行调节，得到d轴的电压；
[0016]将q轴的电压和d轴的电压输入到矢量脉宽调制器中，经过Park逆变换后得到永磁同步电机每一相的电压占空比，并实现永磁同步电机对二维转台的转动控制。
[0017]进一步的，采用指数趋近律的滑模面角度滑模控制的输出q轴的电流值包括：
[0018]在空载条件下计算出反馈角度θ
m
的角加速度
[0019]定义出目标角度θ
ref
与反馈角度θ
m
的差x1＝θ
ref-θ
m
以及目标角速度与反馈角速度的差这两个状态变量x1和x2；
[0020]设计出滑模函数s1(x)＝c1x1+x2；
[0021]采用指数趋近律的滑模面，在角加速度、状态变量和滑模函数的基础上计算得到滑模变结构的输出电流，表示为：
[0022][0023]其中，表示电流的q轴分量；J表示系统的转动惯量；p
n
表示极对数；ψ
f
表示永磁体磁链；c1表示滑模面参数；表示目标角速度；表示目标角加速度；ε表示系统的运动点趋近切换面s1＝0的速率；sgn(s1)表示对滑模面s1的阶跃函数；q表示指数趋近项系数。
[0024]由永磁同步电机的数学模型可推导得
[0025]定义出目标速度ω
ref
与反馈速度ω
m
的差x3＝ω
ref-ω
m
以及负反馈角加速度的这两个状态变量x3和x4；
[0026]设计出滑模函数s2(x)＝c2x3+x4；
[0027]采用指数趋近律的滑模面，在角加速度、状态变量和滑模函数的基础上计算得到滑模变结构的输出电流，表示为：
[0028][0029]其中，表示速度滑模控制下电流的q轴分量；J表示系统的转动惯量；p
n
表示极对数；ψ
f
表示永磁体磁链；c2表示滑模面参数；表示负反馈角加速度；ε表示系统的运动点趋近切换面s2＝0的速率；sgn(s2)表示对滑模面s2的阶跃函数；q2表示指数趋近项系数。
[0030]因此，更进一步的，本专利技术的角度速度一体化控制器为：
[0031][0032]其中，θ
s
表示切换角度值(Rad/s)。
[0033]进一步的，所述第二角度范围大于所述第一角度范围。
[0034]进一步的，所述切换角度值为预设的角度值，所述目标角度为所述预设的角度值的整数倍。
[0035]本专利技术的有益效果：
[0036]本专利技术所采用的基于滑模变的二维转台角度速度一体化控制方法与传统采用PID控制器进行控制的方法相比，本专利技术的控制方法具有更快的响应速度；与现有的角度速度一体控制器相比，本专利技术具有滑模面设计简单、参数整定简单，控制器结构简单可靠等特点；在干扰较多的工作条件下，具有更强的抗干扰能力、更高的稳定性和更高的控制精度。相比于现有的永磁同步电机角度滑模控制器，本专利技术的控制结构稳定可靠，参数设置简单，有利于嵌入式实现。精简了角度速度控制器的结构，简化了滑模面及控制律设计。
附图说明
[0037]图1为本专利技术所采用的二维转台结构示意图；
[0038]图2为本专利技术中二维转台所采用的伺服控制回路框图；
[0039]图3为本专利技术所采用的基于滑模变结构的永磁同步电机角度控制原理图；
[0040]图4是本专利技术所采用基于滑模变结构的二维转台控制方法流程图；
[0041]图5为本专利技术的二维转台控制方法和传统PID控制的跟踪曲线图；
[0042]图6为本专利技术的二维转台控制方法和传统PID控制的跟踪误差图；
[0043]图7为本专利技术第二角度范围控制时角度曲线图；
[0044]图8为本专利技术第二角度范围控制时速度曲线图。
具体实施方式
[0045]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于滑模变结构的二维转台角度速度一体控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：对二维转台中的永磁同步电机的数学模型公式进行分析，获取永磁同步电机的三相电流；采用Clark变换将所述三相电流转换成α-β坐标系下的等效电流；通过角度传感器和速度传感器实时采集二维转台转动的反馈角度θ
m
和反馈速度ω
m
；将所述反馈角度θ
m
和所述反馈速度分别与所述α-β坐标系下的等效电流进行Park变换转换成d-q旋转坐标系下的等效电流；将目标角度θ
ref
和反馈角度θ
m
做差，采用指数趋近律的滑模面的得到输出q轴的电流值作为角度滑模控制；将目标速度ω
ref
和反馈速度ω
m
做差，采用指数趋近律的滑模面得到输出q轴的电流值作为速度滑模控制；当进行第一角度范围内运动时，则进行角度滑模控制；当进行第二角度范围内运动时，则先进行速度滑模控制，当所述反馈角度θ
m
离目标角度θ
ref
相差一个切换角度值时，切换为角度滑模控制；将上述采用的输出q轴的电流值作为q轴目标电流，与Park变换后q轴等效电流做差，对电流进行调节，得到q轴的电压；将d轴目标电流与Park变换后d轴等效电流做差，对电流进行调节，得到d轴的电压；将q轴的电压和d轴的电压输入到矢量脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：向云飞，李梦男，吴孟桦，杜刚，高惟鹰，郭茂，张倩，
申请(专利权)人：东方红卫星移动通信有限公司，
类型：发明
国别省市：