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1、速度环滑模变构造控制器的研究lihan导语：直流电机易于实现速度和位置跟踪，并有很宽的调速范围，因此，直流电机广泛应用于工业消费中，如冷连轧机消费经过等。直流电机易于实现速度和位置跟踪，并有很宽的调速范围，因此，直流电机广泛应用于工业消费中，如冷连轧机消费经过等。冷连轧机在轧制经过中，由于钢板来料厚度的波动，使得直流电机的负载也是变化的，怎样保证系统在外界负载干扰和内部参数变化情况下系统速度根本不变，即进步系统的鲁棒性，进而保证消费质量和产量，具有较大的工程意义。直流电机速度控制系统，人们通常将其按线性系统来处理，但是实际直流电机速度控制系统是含有多种非线性的系统，如电枢反响非线性、励磁非线性
2、、饱和非线性等。本文主要考虑了电枢反响非线性，利用非线性系统状态反应线性化的设计方法，通过适当的非线性状态变换和输入变换，将速度非线性控制系统综合问题转化为线性系统的综合问题，并采用对系统参数变化及外界扰动具有较强鲁棒性的滑模变构造控制方法，实现了直流电机速度的跟踪控制。直流电机速度环被控对象数学模型考虑电枢反响或由于线性补偿绕组无法完全抵消的电枢反响的实际情况，电机励磁将有如下根本关系式23:cm=a+bi=kfif+bi1其中:cm为电机磁通对应的转矩电流系数，if是励磁电流，kf是励磁电流与cm间的转换系数，通常为常数;a=kfif，当直流电机处于常规调压调速而无弱磁调速时，其为常数;b
3、是一个很小的负数，表示电枢电流i对励磁磁通的反作用。因此，这种情况下的直流电机速度控制系统被控对象模型是非线性的。直流电机速度控制系统被控对象的动态构造图如图1所示:align=center图1直流电机速度被控对象的动态构造图/align图1中，除了电流环调节器外，还有一补偿环节cme/cm，其目的是为了使得整个直流电机速度控制系统的开环增益在常规调压调速和弱磁调速时均保持不变，其中cme是额定转矩常数，cm为电机实际转矩常数。lt为电流调节器，ks为晶闸管放大系数，为电流反应系数，r为电枢回路总电阻，为电机电磁时间常数，l为电枢回路总电感。在设计直流电机的电流调节器时，由于实际系统中的电磁时
4、间常数tl一般远小于机电时间常数，所以在设计电流环调节器时可以不考虑反电势。运用文献4所给出的方法，设计出电流调节器lt为:2并把电流环简化为:3式中，ts为整流装置时间常数，toi为电流滤波时间常数，分别为0.00167秒和0.001秒。这样直流电机的方框图可以简化如图2。align=center图2直流电机速度被控对象等效构造图/align选择直流电机的电枢电流i和电机转速为状态变量x1、x2，那么状态空间模型为:4式中转子角速度，j转动惯量，f粘滞摩擦系数，电磁转矩，t1负载转矩。速度环非线性控制器的设计状态反应线性化对于单输入单输出非线性控制系统，通过非线性状态变换和输入变换，可以使一
5、类非线性系统的状态或者输入/输出实现线性化。考虑以下单输入单输出非线性控制系统65为了研究输入/输出间的动态响应关系，我们对y关于t求导，直到y的导数项中第一次出现控制输入量u:6下面对考虑电枢反响非线性直流电机速度控制系统进展输入输出反应线性化。将式1代入式4，得到状态方程组如下:10进而可以实现具有电枢反响非线性的直流电机速度控制系统的输入输出线性化。速度环变构造控制器设计变构造控制方法在一定条件下，滑动模对于干扰和参数的变化具有不变性，这正是鲁棒控制要解决的问题，对于采用状态反应准确线性化以后的线性系统，可以应用变构造控制方法。定义切换函数为:仿真研究及结果某厂冷连轧机某机架上辊驱动直流
6、电机的参数如下:电动机额定功率1500kw，额定电流ie=1720a，电枢回路总电阻r=0.0314;电枢回路总电感l=0.0003h;电动机的转动惯量j=1542kg.m2;b=-0.00109，晶闸管放大倍数ks=152，kf=0.27，额定励磁电流ie=113.29a，额定电机转矩常数cme=kfife+bie=29.1nm/a。按照上面的数据，运用matlab软件对所设计的系统进展仿真。align=center图3阶跃信号跟踪曲线图4切换函数曲线/align图3所示是直流电机跟踪阶跃信号nd=9.55d=600rpm的情况，此时负载扰动设为t1=29100+2910sin3.14t即相当于轧制经过中，由于来料厚度的波动引起的轧制负载扰动在额定负载的60%附近以的范围波动。从图3中可以看出，速度跟踪经过中没有超调，而且动态经过较好。图4给出的是切换函数对时间的曲线，从图3中可以看出，轨迹在0附近上下波动，可见所设计的变构造控制器对于系统的参数变化具有较好的鲁棒性。仿真研究结果说明，本文设计的基于输入输出反应线性化的速度变构造控制系统具有良好的跟踪性能，并且在外界负载和系统内部参数变化时，系统同样具有良好的跟踪性能。0