用规范模型追踪法改善电动机速度控制系统的特性(1)

    程树康  崔淑梅  (哈尔滨工业大学150001)

    【摘  要】针对伺服系统高速、高精度追踪给定目标值这一目的，提出基于PI+滞后环节的有限时间控制的规范模型追踪系统，并用于电动机速度控制系统。仿真结果表明，这一方法对于抑制电动机参数变化和转矩干扰对响应的影响具有明显的效果，文中简述使用非线性的滞后环节的有限时间整定控制系统的几种实现方式及特点。

【叙  词】规范模型追踪系统电动机速度控制特性

1有限时间整定控制系统的实

  现方式

    在众多的工业应用中，要求具有对步进输入的目标值不过冲及响应快的良好性能，为实现这个要求，提出了各种控制方法，而使用非线性的滞后环节的有限时间整定控制是其中的方法之一。

该方法应用在位置控制系统中提出了将滞后环节插入到速度反馈系统中的滞后反馈控制方案。对速度控制系统，则采用将过去PI控制中的P元件置换成滞后环节的滞后积分控制方式，以及在PI控制中并置滞后环节的PI+滞后环节控制二种方式。这些有限时间整定控制系统与过去的线性控制系统比较，由于增加了滞后环节，因而可以方便地实现对步进输入、响应快、不过冲的良好性能。这种有限时间整定控制实现的前提条件是忽略控制对象的参数变动，即假定其参数总是定值。而实际控制时，由于控制对象参数精度不充分，特性随时间变化，这些有限时间整定系统的响应将会由于参数的变化而恶化。这是由于在将控制对象模型化时对非线性特性进行了线性化处理，忽略了快速变化的动特性，在控制系统的设计时没有考虑参数变化的影响。

为抑制参数变化的影响，提出了具有非线性规范模型的规范模型追踪系统的方案。这种系统由规范模型和追踪系统二部分构成，规范模型部分是滞后积分控制。这种系统即使在参数变化时也能得到良好的响应，干扰的影响也显著抑制，但是，这种系统中由于其规范模型单步响应的整定时间取决于控制对象，因而在要求控制系统的整定时间时，仍不能取得满意结果。

为了改善有限整定控制系统的特性。作为规范模型追踪系统在电动机控制系统中的应用，又进一步发展为以PI+滞后环节作为规范模型的模型追踪系统，如附图所示。

在附图所示的系统中，规范模型补偿器在PI控制中加滞后环节。调节这个补偿器，就可得到规范模型输出所希望的有限整定响应。如果实际控制对象和理想控制对象相一致，那么追踪系统的响应就和规范模型的响应相同。若实际控制对象变化，或有干扰及失真，则由系统内鲁棒补偿器抑制其影响，从而在保证系统稳定性的同时，追踪理想的响应。

文中围绕以PI+滞后环节为规范模型的规范模型追踪系统构成的电动机速度控制系统为中心，介绍这种系统的原理和特点。后续各文中陆续介绍，以一次速度控制系统为例，说明有限时间整定的原理，以及有限时间整定控制系统中使用的非线性滞后环节的工作原理；以直流伺服电动机为控制对象的仿真，验证有限时间整定原理的有效性，以及探讨控制对象参数变化系统的影响；为了抑制控制对象参数变化的影响而提出的规范模型追踪系统的原理，进而根据二自由度控制系统设计理论和H控制理论，讨论二种规范模型的规范模型系统的设计方法；论述使用非线性规范模型的规范模型追踪系统在电动机速度控制中的应用，以直流伺服电动机为控制对象，设计鲁棒补偿器，由仿真说明规范模型追踪系统的有效性。

    (待续)