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基于FOFGSTSMA的永磁同步电机驱动进给系统位置控制
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作者 朱原德 钱墅 +3 位作者 任明元 张智豪 贾益璠 钱鹏飞 《机电工程》 北大核心 2025年第11期2119-2128,共10页
针对永磁同步电机(PMSM)驱动进给系统受机械结构振动、非线性摩擦和外部负载扰动等因素干扰导致位置控制精度不高这一问题,提出了一种融合分数阶快速广义超螺旋滑模控制器(FOFGSTSMC)和分数阶超螺旋滑模扰动观测器(FOSTSMDO)的复合控制... 针对永磁同步电机(PMSM)驱动进给系统受机械结构振动、非线性摩擦和外部负载扰动等因素干扰导致位置控制精度不高这一问题,提出了一种融合分数阶快速广义超螺旋滑模控制器(FOFGSTSMC)和分数阶超螺旋滑模扰动观测器(FOSTSMDO)的复合控制策略。首先,建立了PMSM驱动进给系统的动力学模型;然后,采用分数阶微分项削弱了系统噪声影响,使用了改进广义超螺旋趋近律抑制了系统不确定性,更细致地调节了系统状态和保障了位置误差收敛,二者协同抑制了抖振现象,引入滑模面指数项和趋近律变指数系数加速了位置误差收敛,提出了FOFGSTSMC以改善进给系统的位置控制精度;接着,采用分数阶滑模面和超螺旋趋近律削弱了观测值抖动,设计了FOSTSMDO,并融合FOFGSTSMC设计了复合控制策略;最后,搭建了PMSM驱动进给系统实验平台,进行了无负载、高速带负载以及冲击扰动工况下的位置跟踪实验,验证了该复合控制策略的位置控制性能。研究结果表明:融合FOFGSTSMC和FOSTSMDO的复合控制策略在无负载位置跟踪实验中能最快收敛到目标轨迹,位置误差保持在稳定区间内;该复合控制策略的均方根位置误差为1.762μm,对比比例积分前馈控制器、广义超螺旋滑模控制器和FOFGSTSMC分别减小了69.57%、33.43%和21.26%;在高速带负载实验中,该复合控制策略仍保持了显著优势;高速冲击扰动实验中,该复合控制策略在冲击时刻的最大误差为7.98μm,显著优于其余控制策略。该研究说明融合FOFGSTSMC和FOSTSMDO的复合控制策略能够有效改善进给系统动态性能,抑制抖振现象,具有优秀的鲁棒性和位置控制精度。 展开更多
关键词 机械传动 永磁同步电机 滚珠丝杠进给系统 分数阶快速广义超螺旋滑模算法 分数阶超螺旋滑模扰动观测器 位置控制
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