输入输出反馈精确线性化他励直流电动机转速控制

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1、第2O卷第15期电子设计工程2012年8月V01．20No．15ElectronicDesignEngineeringAug．2012输入输出反馈精确线性化他励直流电动机转速控制鲁芳，史晓阳，卢斌文(海军航空工程学院山东烟台264001)摘要：基于精确线性化理论，设计了他励直流电动机非线性转速控制器。从他励直流电动机数学模型出发，对系统的两个平衡点进行了研究。在此基础上，运用输入输出线性化方法，通过选择不同的输出函数。设计了两种非线性转速控制器，并研究了控制器内动态的稳定性。仿真结果表明，直接选择电机转速为输出函数设计的控制器。无法将系统控制到期望平衡点，选择转速和电枢电流线性组合为输出函数

2、设计的非线性控制器．可以使系统稳定到期望的平衡点，实现电动机转速精确控制，且具有很好的控制精度、动态性能和抗干扰能力关键词：输入输出反馈；平衡点；零动态；内动态中图分类号：TM331+．3文献标识码：A文章编号：1674—6236(2012)15-0133-03SpeedcontrolofseparatelyexcitedDCmotorbasedonexactlinearizationviainput-outputfeedbackLUFang，SHIXiao-yang，LUBin—wen(NavalAeronauticalandAstronauticalUniversity，Yantai26

3、4001，China)Abstract：Basedontheexactfeedbacklinearizationmethod，nonlinearspeedcontrollersaredesigned．ThetwodiferentequilibriumpointsofseparatelyexcitedDCmotor’Smodelalsobestudied．Twoinput-outputfeedbackcontrollersaredesignedbychoosingdiferentoutputfunctionsandstabilityoftheinternaldynamicsisanalyzed

4、．Theresultsshowthat，choosingspeedasoutputfunctioncan’tcontrolthesystemtothedesiredequilibriumpoint．Todesignthenonlinearspeedcontrollerbychoosingtllelinearcombinationofspeedandarmaturecurrentasoutputfunctioncancontrolthesystemtothedesiredequilibriumpoint．Andthecontrollerhasagoodcontrollingaccuracy，d

5、ynamicperformanceandanti-interferencecapability．Keywords：input-outfeedback；equilibriumpoint；zerodynamics；internaldynamic直流电动机由于具有良好的控制性能，主要应用于高性制器结构复杂，不利于工程实现等缺点。从实用角度来看。能调速系统。随着科学技术的发展。人们对电动机的控制精度实现非线性系统完全精确线性化并不比部分精确线性化更的要求越来越高。目前电动机调速系统仍在广泛应用的传统为理想[61。所以。研究基于输入输出线性化方法具有很高的PID控制方法，具有控制器结构简单、稳定性好、

6、稳态精度高。理论价值和实用价值。可以在一定程度上改善系统的闭环的动态特性等优点。但是1他励直流电动机非线性模型及平衡点分析电机本身是一个复杂的非线性系统。这就使进一步提高以传统线性化方法设计的转速控制器动态性能变得十分困难。电动机控制的目标是控制电动机转速按照期望的指标随着非线性控制理论的发展．使得在系统建模和系统运行。对于他励直流电动机非线性系统，选取=(∞ioit)作控制中采用非线性方法成为可能。特别是以微分几何为工为状态变量，选励磁电压为控制量，即U=Ur，系统状态方程具发展起来的反馈线性化方法受到了普遍的重视。它的核[71可写为心思想是把一个非线性系统代数的转化为一个(全部或者=)+

7、g()“(1)部分)线性系统。以便可以应用线性系统的技巧f。精确线式中。性化方法具有许多优点，如简化模型的复杂度，在线性化过广程中不忽略任何高阶非线性项等。这种方法已经广泛的应手0用到了开关变换器控制[31，电动机控制[4-5]，水利系统[61等领kL,U0)=⋯，t．域。反馈线性化在控制领域的研究．大多采用状态反馈线性鲁托，g()=1，化的方法实现非线性系统的完全线性化。但是状态反馈线一性化需要满足严格的能