第2期 2017年2月
组合机床与自动化加工技术
ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechnique
文章编号：10012265(2017)02008905
D0I:10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2017. 02. 022
直流电机无抖动滑模位置控制
张江华
（常州机电职业技术学院，江苏常州213164）
No.2 Feb.2017
摘要：针对直流电机伺服系统中普遍存在的参数不确定性以及不确定性非线性等各种扰动，提出了一种基于扰动补偿的无抖动终端滑模位置控制策略，实现了直流电机伺服系统的高精度位置跟踪控制。系统模型考虑了非线性摩擦特性以及外干扰等建模不确定性。所提出的全状态控制器对连续非线性摩擦进行了前馈补偿，进一步改善了系统的低速伺服性能；通过扩张状态观测器对未建模干扰等不确定性进行估计并前馈补偿，提高了系统对外干扰的鲁棒性。同时，所设计的控制器还能保证系统状态在有限时间内趋于平衡状态，提高了系统的快速跟踪性能。最终，通过对比的仿真结果对其进一步工程应用具有实际指导意义
关键词：直流电机；终端滑模；扩张状态观测器；运动控制
中图分类号：TH166；TG506
文献标识码：A
FreeChatteringSlidingModeMotionControlforDCMotors
ZHANG Jiang-hua
(Changzhou Institute of Mechatronic Technology, Changzhou Jiangsu 213164, China)
Abstract : For all kinds of disturbances existing in DC motor servo systems such as parametric uncertainties and uncertain nonlinearities and so on, we propose a disturbance compensation based free chattering terminal sliding mode control strategy which implements high-precision position tracking control of DC motors. The established system model takes nonlinear friction characteristics and modeling uncertainties as well as exter-nal disturbances of the system into account.The proposed full state controller feedforward compensates the nonlinear continuous friction and further improves low-speed servo performance of the system. By utilizing an extended state observer to estimate the model uncertainties as well as external disturbances and feedfor-ward compensating it, the robustness of the system to external disturbances has been improved. At the same time, the presented controller can guarantee the system state converge to the equilibrium state in a finite time, which improves the fast tracking performance of the system. Eventually, comparing simulation results do have practical guiding significance to the further engineering application.
Key words: DC motors; terminal sliding mode; extended state observer; motion control
0引言
直流电机伺服系统由于其响应的速度快、传动的效率高以及维护方便等一系列优点，而被广泛地应用于国防、航空航天、民用工业等领域1-3]。随着这些领域的不断快速发展，对其跟踪性能的要求也越来越高，而系统的性能则与控制器的设计密切相关。直流电机伺服系统是一个典型的不确定以及非线性的系统，在设计控制器的过程中会面临许多建模的不确定性，包括结构不确定性（如随环境、工况等变化的参数不确定性等）以及非结构不确定性（如未建模动态、外部扰动等），这些存在的不确定性因素可能会使系统期望
收稿日期：2016-10-13修回日期：2016-11-11
*基金项目：国家自然科学基金科研资助项目（51675279）
的控制性能得到严重恶化，导致不理想的控制精度，产生极限环振荡，甚至使所设计的控制器不稳定，从而使控制器的设计变得困难]。
针对考虑电机伺服系统中存在的各种不确定性的位置控制策略，学者们进行了大量的研究，主要有反馈线性化[45]、自适应鲁棒[3,6-7]以及滑模[8-11]等控制方法。反馈线性化控制方法可以保证系统的高性能，但是其前提是所建立的数学模型必须非常准确，而在实际应用中获取系统的准确数学模型是比较困难的。自适应鲁棒控制方法112]能够对一类同时存在结构不确定性和非结构不确定性的系统进行有效的控制，然而随着外部干扰的不断增大，其可能会使系统的跟踪性
作者简介：张江华(1973一），男，浙江东阳人，常州机电职业技术学院副教授，硕士，研究方向为机-电-液何服控制，非线性控制，（E-mail)zh88000 万芳数据"。