黄雷，赵春明  黄鹏。
(1中国汽车技术研究中心，天津300162；2天津工业大学电气工程与自动化学院，天津300160)
摘要：针对永磁同步电机伺服系统在运行过程中参数变化及负载扰动等问题，分析了滑模变结构控制器设计的原则和方法。将滑模变结构控制与矢量控制相结合，设计了适用于矢量控制位置伺服系统的分段式滑模变结构控制器。试验结果表明分段式滑模变结构控制伺服系统符合定位过程中时间****化的原则，响应迅速，鲁棒性好。
　　关键词：永磁同步电机：伺服控制；矢量控制；滑模变结构控制
中图分类号：TM 301.2 TM 35l  文献标志码：A  文章编号：1673_6540(201O)09_005304
0  引  言
  永磁同步电机具有体积小、重量轻、结构简单、效率高、运行可靠、易维护等特点，可广泛应用于各类交流伺服系统中。交流伺服系统的工作环境呈现出多样化和复杂化的趋势，提高伺服系统对参数摄动和外扰的鲁棒性，是高性能伺服控制技术研究的主要方向之一。因此可采用扰动补偿、控制率整定、自适应控制及人工智能等控制方法。由于工作环境中的干扰和观测器设计中的一些理想化处理，使观测的精度很难保证；另外一些参数估计算法带来的滞后性，也将产生不利影响。
　　针对上述问题，滑模变结构控制采取了独特的解决方法，通过简单的开关控制使系统状态沿预先规定的滑模面运动，不仅可在滑模运动段保证系统的动态性能，且对参数摄动和外扰具有完全的自适应能力：一般的单一滑模面变结构控制存在响应时间较长的局限性。文献[1 J提出了一种多段滑模面变结构控制方法，但其控制率采用切换函数，易产生抖振。文献[2]将模糊控制、自适应控制与滑模控制相结合，有效消除了抖振，但没有考虑定位过程中响应快速性的问题。文献[3]提出了一种采用边界层的滑模变结构控制器，有效消除l『抖振并改善了控制性能。
　　本文基于PMsM转子磁链定向的矢量控制模型，将滑模变结构控制与矢量控制系统相结合，构造了适用于PMsM伺服系统的分段式滑模变结构控制器，并以试验结果验证了理论分析。

　　由式(I)可见，系统的机械运动方程部分是典型的二阶系统。为了抑制参数，、B变化和克服负载tl扰动对系统控制性能产生的不利影响，以状态变量θm。∞m为输入，构造相应的切换函数，使系统状态按预定的轨迹趋近并沿设汁的滑模面运动。将滑模变结构控制与矢量控制系统有效结合：给定idre，=0，电流环采用PI调节器控制；位置闭环采用滑模变结构控制算法，以给定位置θref实际位置θm和转速wm为控制器输入，控制器输出作为电流环Pf调节器的参考电流iqref，控制系统框图如图1所示.
　　根据定位时间****化的原则，理想的速度曲线应为梯形，因此可将单段滑模面控制扩展为分段滑模轨迹控制，对于位置响应过程中的加速段、恒速段、减速段及位置接近段，分别采用不同的控制方式。在加速及减速阶段，采用结构不变的控制方式，以限定的****加速度起动和制动运行。
　　在恒速运行段和位置接近段，采用滑模变结构控制，以此提高恒速段运行的平稳性和定位精度。
　　这样，在体现滑模控制鲁棒性强的特点的同时，满足伺服系统快速响应的要求。不同阶段采用的控制方式如下。
　　(1)加速段：在此阶段，给定位置与实际位置的差值较大，采用结构不变的控制方式，以限定的

义，没置定时器T1为系统的控制周期(100us)。
　最后起动定时器Tl，系统进入循环等待中断。T1周期中断服务子程序完成电流A／D采样、位置和速度估算、坐标变换、速度和电流的PI调节及分段滑模控制算法等。
　　分别给定位置阶跃信号2 160个脉冲(相当于3转)和2l 6…00个脉冲(相当于30转)，空载条件下，分段滑模变结构控制位置及速度响应分别如图4、5所示。

　　由图可见，分段滑模变结构位置控制在给定位置较小(3转)时，分为加速、减速和位置接近段；在给定位置较大(30转)时，分为加速、恒速、减速和位置接近段，速度曲线为梯形波，符合定位过程中的时间****原则，很好地满足了伺服系统对于响应快速性的要求。
4  结  语
      为了抑制和克服参数变化及负载扰动对系统产生的不利影响，引入离散滑模变结构控制方法，与矢量控制PMSN[伺服系统有效结合。一般的单一滑模面变结构控制存在一定的局限性(响应时间较长)，本文提出的分段式滑模变结构控制方法符合定位过程中时间****化的原则，响应迅速，恒速段运行稳定，转速超凋量小，定位准确，适合应用于PMsM位置伺服控制系统。