机床横梁磁悬浮系统动态积分滑模变结构控制器设计.pdf

DesignandResearch设计与研究 机床横梁磁悬浮系统的动态积分滑模 变结构控制器的设计 刘春芳 迟青光 郭庆鼎 (沈阳工业大学电气工程学院，辽宁 沈阳 110870) 摘 要 ：设计了控制悬浮高度的滑模变结构控制器和动态积分滑模控制器。动态积分滑模控制器可保持悬 浮高度的稳定性，并能够有效降低滑模控制器抖振的发生。仿真研究结果表明，通过动态积分滑模 控制器和传统的滑模控制器相比较可以得出，动态积分滑模控制器能够更好地实现稳定悬浮，具有 很强的抗扰性并能够使系统具有较高刚度。 关键词：磁悬浮系统 非线性系统 反馈线性化 滑模 积分滑模 动态积分滑模 鲁棒性 悬浮高度 中图分类号 ：TP273 文献标识码 ：A ToDesignaDynamicIntegralSlidingModeControlfortheNC Tool Crossbeam MagneticLevitationSystem LIUChunfang，CHIQingguang，GUOQingding (ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110870，CHN) Abstract：Wedesignasidingmodecontrollerandadynamicintegralsidingmodecontrollercontrollingthelevita— tiongaps．Thedynamicintegralsidingmodecontrollercankeepthestabilityoflevitationsystem andef- feetivelydecreasechattingofsidingmodecontroller．Thestimulatingresultshows，comparedwiththese twokindsofcontrollers，dynamicintegralsidingmodecontrollerhaspowerfulabilityofsuppressingdis— turbanceandhighrigidity．Itcanachievesteadylevitation． Keywords：MagneticLevitationSystem ；NonlinearSystem ；FeedbackLinearization；SlidingMode；IntegralSliding Mode；DynamicIntegralSlidingMode；Robustness；LevitationGaps 由于现代科技的发展和社会 的进步，磁悬浮技术 响以及系统 自身性质的可变性，选择具有较好动态性 在许多实际的工程应用中起着越来越重要的作用，尤 能的动态积分滑模控制器，以增强系统的鲁棒性。传 其是在许多高精密仪器及工业设备中应用也越来越广 统的滑模控制方法在选择切换函数时，一般只依赖于 泛。因此对于定位控制的精密度要求也越来越高。如 系统的状态，而与系统的输人无关，使系统在不同的控 何选择有效的控制法则 ，使受控 的磁悬浮系统达到控 制逻辑之间来 回切换，这容易产生抖动。而动态积分 制精度要求，就成为精密定位控制的重要课题 J。 滑模控制在选取切换面时不仅依赖于系统状态，而且 本文将磁浮技术应用于龙门加工中心，如图1所示，以 与系统的输入甚至输入的一阶 (或高阶)导数及其积 电磁铁和静止导轨之问产生的吸力为基础将龙 门的横 分有关 ，因而趋近律中不连续项的影响有相当一部分 梁悬浮在静止导轨上方，同时采用永磁直线 电动机进 转移到控制的一阶或高阶导数项中，大大削弱了