滑模变结构控制111辩析.ppt

三.滑模变结构控制基础 3.1 滑模变结构控制简介 3.2 滑模变结构控制发展历史 3.3 滑模变结构控制基本原理 3.4 滑模变结构控制抖振问题 3.5 滑模变结构控制应用 * * 同步电机与滑模变控制 武琦 2016.7.2 一 同步电机与异步电机的区别 1.工作原理：异步电机(感应电机)的工作原理是通过定子的旋转磁场在转子中产生感应电流,产生电磁转矩,转子中并不直接产生磁场.因此,转子的转速一定是小于同步速的(没有转差率,就没有转子感应电流),也因此叫做异步电机. 而同步电机转子本身产生固定方向的磁场(用永磁铁或直流电流产生),定子旋转磁场拖着转子磁场(转子)转动,因此转子的转速一定等于同步速,也因此叫做同步电机. 2.供电 异步电机在定子侧加电压 同步电机在定转子侧加电压 3.转子转速 异步电机的转子转速与负荷有关（一定负荷） 同步电机的与电子侧供电电源的频率有关，电网频率一定时,电机转速为恒定值,这是同步电机和异步电机的基本差别之一. 4.构造 异步电机的转子是夕钢片和铝条/线圈组成 同步电机一般由数块磁钢和线圈组成 5.用途 异步电机主要做电动机用，一般不做发电机 同步电机的主要运行方式有三种，即作为发电机、电动机和补偿机运行，作为发电机运行是同步电机最主要的运行方式 二.同步电机调速系统的控制算法 （1）PI控制算法 （2）模糊控制 （3）滑模控制 （4）自适应控制 （5）内模控制 （6）矢量控制 （7）直接转矩控制 3.1 滑模变结构控制简介 3.1.1 变结构控制（VSC）概念 本质上是一类特殊的非线性控制，其非线性表现为控制作用的不连续性。与其他控制策略的不同之处：系统的“结构”并不固定，而是在动态过程中，根据系统当前的状态有目的地不断变化。 结构的变化若能启动“滑动模态”运动，称这样的控制为滑模控制。注意：不是所有的变结构控制都能滑模控制，而滑模控制是变结构控制中最主流的设计方法。 所以，一般将变结构控制就称为滑模控制(SMC)，为了突出变结构这个特点，本书统称为滑模变结构控制。 3.1.2 滑动模态定义 人为设定一经过平衡点的相轨迹，通过适当设计，系统状态点沿着此相轨迹渐近稳定到平衡点，或形象地称为滑向平衡点的一种运动，滑动模态的”滑动“二字即来源于此。 3.1.3 系统结构定义 系统的一种模型，即由某一组数学方程描述的模型，称为系统的一种结构，系统有几种不同的结构，就是说它有几种(组)不同数学表达式表达的模型。 3.1.4 滑模控制优点 滑动模态可以设计且与对象参数和扰动无关，具有快速响应、对参数变化和扰动不灵敏（ 鲁棒性）、无须系统在线辨识、物理实现简单。 3.1.5 滑模控制缺点 当状态轨迹到达滑动模态面后，难以严格沿着滑动模态面向平衡点滑动，而是在其两侧来回穿越地趋近平衡点，从而产生抖振——滑模控制实际应用中的主要障碍。 20世纪50年代： 前苏联学者Utkin和Emelyanov提出了变结构控制的概念，研究对象：二阶线性系统。 20世纪60年代： 研究对象：高阶线性单输入单输出系统。主要讨论高阶线性系统在线性切换函数下控制受限与不受限及二次型切换函数的情况。 1977年： Utkin发表一篇有关变结构控制方面的综述论文，系统提出变结构控制VSC和滑模控制SMC的方法。 3.2 滑模变结构控制发展历史 此后 各国学者开始研究多维滑模变结构控制系统，由规范空间扩展到了更一般的状态空间中。 我国学者贡献： 高为炳院士等首先提出趋近律的概念，首次提出了自由递阶的概念。 滑模控制对系统的参数摄动和外部干扰的不变性是以控制量的高频抖振为代价。 3.3.1 右端不连续微分方程 一般地，具有右端不连续微分方程的系统可以描述为 其中： 是状态的函数，称为切换函数。满足可微分，即 存在。 微分方程的右端不连续，结构变化得到体现，即根据条件 的正负改变结构 为一种系统结构， 为另一种系统结构。从而满足一定的控制要求。 3.3 滑模变结构控制基本原理 （1） 微分方程在 上没有定义，因此需确定其上系统微分方程： 独立变量变为n-1个，