1。2  电动舵机控制系统的发展现状

1。2。1 电机的发展状况

1。2。2 无刷直流电机的特点及应用

1。2。3 无刷直流电机的控制方法及发展

1。3  滑模变结构控制

1。3。1 滑模变结构控制及发展

变结构控制，顾名思义，这种控制策略所控制下的系统的结构可能是变化的。比如偏差或导数，在动态过程中的变化不是杂乱无章或无迹可寻的。参数会根据控制设计有规律的变化，系统的运动状态轨迹是事先设计好的、可随实际情况“滑动”的，这也就是为什么称变结构控制为滑动模态控制，也就是滑模变结构控制。滑动模态的设计并不是基于系统参数，也独立于外界干扰，使得这种控制策略具有很多优点：响应快﹑对参数变化和扰动不灵敏﹑物理实现简单。

变结构控制的发展始于上世纪中叶，由前苏联学者Utkin和Emeiyanov首先提出了变结构控制[23]。刚开始研究对象为二阶系统，后来逐渐发展到高阶。在研究过程中，人们主要研究的是运动点进入到滑模面之后的情况，相对的，对于进入切换面之前的运动没有过多的关心。高为炳院士在趋近运动方面作了比较系统的研究，提出了现今常用的几种趋近律[24]。

1。3。2 趋近律方法论文网

研究发现，采用趋近律的方法对系统抖振的抑制作用十分明显。比如，如果趋近律为指数趋近律，通过调整趋近律的参数和，在保证动态品质的同时，抖振的影响也有效的降低了[25]。趋近运动是运动点从设计好的切换面以外的点向切换面运动，最终到达切换面这个过程之间的运动过程。这一过程的运动情况对系统的动态品质会有很大影响，这也是趋近律控制的出现原因之一。

本文在滑模控制器的设计中使用的是指数趋近律的控制方法，以下对指数趋近律进行简要介绍。指数趋近律 ，其中，是指数部分，可以推导出。指数项的作用是保证更大的趋近切换面的速度。采用指数趋近的时候，初始时的速度会很大，这是为了缩短趋近运动的时间；但逼近切换面时，运动点应该减速，否则会使控制性能下降。如果只采用指数趋近，有可能产生的是一个无限逼近而不能到达的过程，或到达时间可能不能满足要求，那么滑动模态的设计就变得没有意义了。等速项的设计可以确保接近趋近面的速度不会太小，从而确保了趋近时间。

1。4  本文的主要内容与结构

   文章首先对电机结构和工作原理进行介绍，基于原理推导被控对象的数学模型。在传统PID控制方法的基础上，建立了内环基于经典PI控制﹑外环基于传统PID控制的无刷直流电机转速电流双闭环控制模型；之后，阐述了现代控制理论工程中的趋近律思想和滑模变结构控制思想，提出一种基于趋近律的滑模控制器。最后，在MATLAB/SIMULINK并进行了仿真和分析。

   主要包括的内容如下：

  （1）对无刷直流电机的组成结构﹑基本原理﹑数学模型﹑主要参数和关键技术进行分析和介绍；

  （2）设计无刷直流电机的转速电流双闭环控制方案,并进行仿真分析；

  （3）阐述滑模变结构思想和趋近律方法的思想，提出一种基于趋近律的滑模控制器设计方案，实现对转速的控制；

  （4）根据设计方案在仿真环境下建立滑模控制器的模型，搭配电机参与仿真；

  （5）将两种控制方式的仿真结果进行对比和分析；

2  电动舵机控制系统组成及建模

2。1  无刷直流电机的结构组成及基本原理