基于复合位置控制器的永磁无刷直流电机位置伺服系统技术方案

本发明专利技术请求保护一种基于复合位置控制器的永磁无刷直流电机位置伺服系统，其包括：复合位置控制器模块、PI控制模块、驱动电路模块、电流采样模块、永磁无刷直流电机及位置检测与计算模块，其中复合位置控制器模块是基于指数趋近律的滑模反馈控制部分和基于扩张状态观测器的干扰估计与补偿部分组成的复合控制器，与传统线性控制方法相比，该方法在保证收敛速度的同时，既可以有效降低系统抖振，又可以提高系统抗干扰性能，满足了永磁无刷直流电机位置伺服系统在高性能领域的应用需求。

【技术实现步骤摘要】
基于复合位置控制器的永磁无刷直流电机位置伺服系统
本专利技术属于永磁无刷直流电机的控制方法，尤其是一种基于扩张状态观测器和滑模控制的永磁无刷直流电机位置伺服系统控制方法。
技术介绍
永磁无刷直流电机是随着电力电子技术、制造业和新型材料的迅速发展而发展起来的一种新型直流电机，因其具有结构简单、运行可靠、维护方便、效率高、无励磁损耗以及调速性能好等一系列优点，从而被广泛应用于航空航天、家用电器、仪器仪表、化工、医疗器械等工业领域。目前，永磁无刷直流电机一般采用PID控制与矢量控制结构相结合的控制方式，但是由于电机在运行过程中会遭受各种干扰如外界电磁干扰、负载变化、摩擦等因素的影响，传统的线性控制如PID控制无法有效应对这些干扰，进而影响系统稳定性。因此，需要设计一些非线性控制算法来提高系统性能，如鲁棒控制，预测控制，有限时间控制，滑模控制，自适应控制和智能控制等。在上述提到的这些方法中，滑模变结构控制因具有强鲁棒性和容易实现等优势而受到更多关注。然而，由于滑模控制律的不连续控制作用会引起抖振现象，从而限制了滑模控制在实际系统中的应用。...

【技术保护点】
1.一种基于复合位置控制器的永磁无刷直流电机位置伺服系统，其特征在于，包括：复合位置控制器模块、PI控制模块、驱动电路模块、电流采样模块、永磁无刷直流电机及位置检测与计算模块，所述复合位置控制器模块与PI控制模块相连接，所述PI控制模块与驱动电路模块相连接，所述电流采样模块并联设置在PI控制模块与驱动电路模块的两端，驱动电路模块还与永磁无刷直流电机相连接，所述永磁无刷直流电机与位置检测与计算模块的一端相连接，位置检测与计算模块的另一端与复合位置控制器模块相连接；/n其中，所述复合位置控制器模块是由基于指数趋近律的滑模反馈控制和基于扩张状态观测器的前馈控制复合而成，所述位置检测与计算模块用于检测...

【技术特征摘要】
1.一种基于复合位置控制器的永磁无刷直流电机位置伺服系统，其特征在于，包括：复合位置控制器模块、PI控制模块、驱动电路模块、电流采样模块、永磁无刷直流电机及位置检测与计算模块，所述复合位置控制器模块与PI控制模块相连接，所述PI控制模块与驱动电路模块相连接，所述电流采样模块并联设置在PI控制模块与驱动电路模块的两端，驱动电路模块还与永磁无刷直流电机相连接，所述永磁无刷直流电机与位置检测与计算模块的一端相连接，位置检测与计算模块的另一端与复合位置控制器模块相连接；
其中，所述复合位置控制器模块是由基于指数趋近律的滑模反馈控制和基于扩张状态观测器的前馈控制复合而成，所述位置检测与计算模块用于检测安装于永磁无刷直流电机上的位置传感器信号θ；电流采样模块得到PI控制模块所需的实际电流i；复合位置控制器模块的输入端为位置参考值θr，与经过位置检测与计算模块后得到的位置传感器信号θ的差值，经过复合位置控制器模块后，得到PI控制模块输入端的参考电流ir；将得到的参考电流ir与得到的实际电流i的差值，输入PI控制模块后，得到驱动电路模块的输入电压u；电压u在驱动电路控制下，驱动永磁无刷直流电机运行。


2.根据权利要求1所述的一种基于复合位置控制器的永磁无刷直流电机位置伺服系统，其特征在于，所述复合位置控制器由基于指数趋近律的滑模反馈控制和基于扩张状态观测器的前馈控制复合而成，复合位置控制器的设计步骤如下所述：
定义位置误差e为：
e＝θr-θ
其中θr为参考位置；
对e求导可得：



滑模面设计为：

s表示滑模面的符号，c为大于0的系数；
对s求导后可得：



复合位置控制器设计为：



其中a＝kt/J；c＞0,k＞0,q＞0,sgn(*)为标准符号函数；为参考位置θr的二阶导数；ir为复合位置控制器的输出；m表示系统总的扰动，a＝kt/J，为转矩系数，J为转动惯量，z3为对集总扰动m的估计；
令ed(t)＝m-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王会明，万谦，王雪闯，陈晓雷，唐贤伦，李锐，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50