基于改进自适应滑模的转台电机控制研究

杜青洲

摘 要：针对转台系统电机运行过程中会受到多种环境因素的干扰，由于摩擦力矩等非线性因素造成较大误差，本文通过改进传统滑模中使用的开关函数为饱和函数，引入低通滤波器，对估算的转子角度进行补偿，设计出了改进型的自适应滑模观测器，仿真实验表明，该方法对减小转子转速估计误差有明显作用。

关键词：转台系统;电机控制;改进型滑模观测器;饱和函数

中图分类号：TP23文献标识码：A

测试转台是检测惯导系统及惯性器件性能的重要设备。在转台伺服系统中，低速“爬行”[1]现象产生较大误差，因此必须对转台伺服系统进行干扰补偿。文献[2]采用滑模控制设计自适应补偿中的虚擬控制律，有效抑制了摩擦干扰对伺服系统的不利影响。其次，在控制算法上有使用鲁棒滑模控制[3]，或用神经网络对pid参数进行动态调整[4]，都实现了对转台的高精度控制。但转台在实际建模中也存在非线性和不确定性及其他未知扰动。

本文通过建立转台数学函数模型，基于滑模控制器可以实时估计和补偿内外扰动的特点。提出一种改进的自适应滑模控制器。经过实验仿真，改进后的控制器，转子位置和速度估算精度高，动态响应好。

1 转台电机数学模型的建立

本文选用面装式永磁同步电机为对象建立起数学模型，为了便于研究被控对象，前面考虑这样的情况：（1）PMSM没有任何铁心磁阻，且在运行过程中没有任何其他形式的耗损;（2）永磁体内的磁导率与空气相同且一直不发生任何变化;（3）空间磁场是正弦分布。

它的定子电压方程在同步旋转坐标系d-q下的数学模型为：

3 仿真验证

为了验证所设计的改进型自适应观测器的有效性，本文在matlab实验环境中进行仿真，为了验证仿真模型的正确性，参考转速设定为N=600r/min。当电机从零上升到参考转速时，转子位置估计误差在转速上升的时候较大，但随着电机稳定运行，估计误差逐渐减小。当电机稳定运行后，转速估计误差也逐渐变小，由此可知，设计的改进型滑模观测器能够满足实际性能需求。

参考文献：

[1]赵回，王雪梅，许哲，杨柱，吴桐，王健永.一种转台伺服系统干扰补偿控制方法研究[J].中国测试，2019，45（03）：139-145.

[2]张晓光，赵克，孙力，等.永磁同步电机滑模变结构调速系统动态品质控制[J].中国电机工程学报，2011，31（15）：47-52.

[3]陈坤，闵斌，于启洋，等.转台伺服系统的动态滑模控制研究[J].上海航天，2015，32（5）：35-38.

[4]吕东阳，王显军.基于模糊PID控制的电机转台伺服系统[J].计算机应用，2014（1）：166-168.