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基于改进趋近律的离散时间系统变结构控制方法研究

作　者: 龚伦齐
导　师: 杨天怡
学　校: 重庆大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 离散时间系统变结构控制趋近律无刷直流电机 DSP
分类号: TP11
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 84次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

离散时间系统(DTS)的滑模变结构控制(SMVSC)方法一直在发展,并致力于如何削弱滑模控制系统中的抖振。趋近律方法是SMVSC理论的一个分支,其优点在于控制器易于设计,因此在近年来得到了很大的发展,但是利用趋近律方法设计的系统同样存在抖振。在高氏离散指数趋近律之后,许多改进的趋近律被提出,这些方法均能在一定程度上削弱抖振。然而研究表明,现有的很多趋近律不能在抑制抖振的同时,保留对外扰和参数摄动的不变性,研究能够兼顾两者的趋近律具有重要的现实意义。论文重点研究针对离散时间系统的趋近律方法,在深入研究离散时间系统变结构控制理论的基础上,完成如下工作:①分析现有的多种趋近律方法,指出这些方法不能完全符合离散时间系统变结构控制应有的六个特点,并总结已有改进思想,在高氏离散指数趋近律的基础上提出了基于带内负衰减控制的趋近律。改进的方法在趋近阶段保持不变,系统进入准滑动模态带后采用负衰减控制,使准滑模带收敛为扇形区域,从而抑制抖振。从理论上证明了该方法的稳定性和强鲁棒性,同时该方法解决了高氏趋近律中ε值不能兼顾趋近速度和抖振幅度的问题。②在Matlab/Simulink环境下设计无刷直流电机速度控制系统。系统采用双闭环控制,速度控制器的设计采用改进的趋近律形式,作为副控制器的电流控制器采用PI控制器。对比主控器为PID控制器的控制系统,给出两种系统的仿真结果。③设计了基于DSP(Digital Signals Processor)的无刷直流电机调速控制系统,给出了硬件系统和软件系统的设计方法。硬件系统分为三个子模块:DSP最小系统、电机驱动逆变电路和相电流检测电路;软件系统的算法实现以流程图的形式给出,完成转角、转速的测定和控制量的求取。理论分析及仿真实验结果均表明,使用基于带内负衰减控制的趋近律设计的控制系统相比传统的PID控制系统有着较好的控制效果。最后论文对工作进行了总结,指出了有待进一步解决的问题。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-12
  1.1 课题的背景及意义  8
  1.2 离散时间系统趋近律控制方法研究现状  8-11
    1.2.1 理论研究现状  8-10
    1.2.2 趋近律方法存在的问题及发展趋势  10-11
  1.3 论文的主要研究内容  11
  1.4 本章小结  11-12
2 离散时间系统的变结构控制理论  12-17
  2.1 变结构控制控制理论基础  12-15
    2.1.1 基本定义  12-13
    2.1.2 滑动模态的不变性  13-14
    2.1.3 准滑动模态与理想滑动模态的相似性  14
    2.1.4 抖振现象及削弱  14-15
  2.2 离散变结构控制的基本问题  15
  2.3 连续系统的离散化  15-16
    2.3.1 用位移算子离散化  16
    2.3.2 用Delta-算子离散化  16
  2.4 本章小结  16-17
3 离散时间系统的趋近律方法研究与改进  17-25
  3.1 趋近律方法研究  17-19
  3.2 理想趋近律与鲁棒趋近律  19-20
  3.3 趋近律方法的改进  20-24
    3.3.1 基于带内负衰减控制的趋近律方法  20-21
    3.3.2 改进趋近律的稳定性分析  21-22
    3.3.3 改进趋近律与高氏趋近律的仿真对比分析  22-24
  3.4 本章小结  24-25
4 基于改进趋近律的无刷直流电机调速系统仿真研究  25-37
  4.1 无刷直流电机控制系统  25-29
    4.1.1 无刷直流电机控制系统结构  25-26
    4.1.2 无刷直流电机系统数学模型  26-29
    4.1.3 滑模变结构控制器设计  29
  4.2 无刷直流电机控制系统仿真研究  29-33
    4.2.1 无刷直流电机控制仿真系统总体框图  29-30
    4.2.2 滑模变结构控制器模块设计  30
    4.2.3 电流控制器模块设计  30-31
    4.2.4 换相逻辑模块设计  31-32
    4.2.5 电机本体模块设计  32-33
  4.3 仿真结果及对比分析  33-36
  4.4 本章小结  36-37
5 无刷直流电机调速系统的实现  37-44
  5.1 控制系统总体结构  37-39
  5.2 硬件系统设计  39-42
    5.2.1 DSP 最小系统  39-40
    5.2.2 驱动及逆变电路  40-41
    5.2.3 相电流检测电路  41-42
  5.3 控制系统嵌入式软体设计  42-43
    5.3.1 控制系统软件主程序设计  42
    5.3.2 转角检测模块设计  42-43
    5.3.3 转速检测及控制输出模块设计  43
  5.4 本章小结  43-44
6 总结与展望  44-46
  6.1 总结  44
  6.2 展望  44-46
致谢  46-47
参考文献  47-50
附录  50-52
  A. 图 4-7 包含的控制器 S 函数  50-52
  B. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  52

基于改进趋近律的离散时间系统变结构控制方法研究

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