采用擾動轉矩觀測器的無刷直流電機的控制

鄧正萬

摘要：與常規(guī)的PI控制相比，滑模變結構控制（sliding mode variable structure control，SMC）能夠有效地提高系統(tǒng)的魯棒性和響應速度，因此被運用于無刷直流電機（brushless DC motor，BLDCM）的調速系統(tǒng)中，但是滑模固有的抖動現象限制了其運用。在BLDCM調速系統(tǒng)設計中轉速調節(jié)器采用SMC控制策略，并在此基礎上增加負載擾動轉矩觀測器環(huán)節(jié)，將負載擾動觀測器的輸出接到電流調節(jié)器的輸入端，作為負載擾動轉矩的前饋補償控制輸入。實驗結果表明所設計的控制器能提高系統(tǒng)的魯棒性，抑制滑模抖動現象，具有較好的動、靜態(tài)性能。

關鍵詞：無刷直流電機；滑模控制；抖動；擾動觀測器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.001

1引言

無刷直流電機（brushless DC motor，BLDCM）具有結構簡單、扭矩大、效率高及壽命長等優(yōu)點，因此在國防、工業(yè)過程、交通、航天航空和家用電器等領域的應用越來越廣泛。但是BLDCM及其驅動系統(tǒng)是一個多變量、強耦合、非線性的系統(tǒng)，當系統(tǒng)受外界擾動或系統(tǒng)本身參數攝動等因數的影響，采用常規(guī)的PI控制，一般難以得到高性能的控制效果。滑模變結構控制（sliding mode variable structure control，SMC）是一種非線性控制，對系統(tǒng)數學模型描述不準確、系統(tǒng)本身參數攝動及內外擾動都具有很好的魯棒性，而且算法簡單，響應快速等特點。近年來，滑模變結構控制被許多學者應用于無刷直流電機伺服控制系統(tǒng)中。

目前，SMC運用于BLDCM伺服系統(tǒng)取得一定的研究成果，滑模變結構控制的本質是一種開關控制，利用狀態(tài)向量在滑模面的開關動作來抑制外界擾動及參數變化的影響，當擾動量幅值及參數變化范圍的增加，必須提高不連續(xù)項的增益，但這樣會加劇滑模固有的抖動現象。針對這一問題，本文在SMC的基礎上提出一種負載擾動觀測器，將觀測器的輸出引入到電流調節(jié)器的輸入端，進而利用觀測值對擾動進行前饋補償的方法，擬達到有效地抑制滑模抖動的目的。