永磁直線同步電機(jī)自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂?/h1>
2017-09-15 12:04:27趙希梅王晨光程浩
電機(jī)與控制學(xué)報(bào) 2017年8期
趙希梅， 王晨光， 程浩
(沈陽工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110870)
永磁直線同步電機(jī)自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂?/p>
趙希梅， 王晨光， 程浩
(沈陽工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110870)
針對(duì)永磁直線同步電機(jī)(PMLSM)易受非線性因素影響而降低伺服系統(tǒng)魯棒性的問題，提出一種自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂品椒?。永磁直線同步電機(jī)的非線性因素包括系統(tǒng)參數(shù)變化、電機(jī)端部效應(yīng)及外部不確定性的擾動(dòng)?；パa(bǔ)滑模控制將積分滑模面與廣義誤差滑模面相結(jié)合，將系統(tǒng)狀態(tài)軌跡限定在兩個(gè)面的交線上，縮短了狀態(tài)軌跡達(dá)到滑模面的時(shí)間，提高了位置跟蹤精度。為了進(jìn)一步改善系統(tǒng)魯棒跟蹤性能，利用自適應(yīng)控制對(duì)不確定擾動(dòng)因素的上界進(jìn)行估計(jì)，減小不確定因素對(duì)系統(tǒng)的影響，改善滑模控制的抖振現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所提出的控制方法是有效可行的，自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂撇粌H提高了系統(tǒng)的跟蹤性能，而且更有效地抑制了不確定因素對(duì)控制系統(tǒng)的影響。
永磁直線同步電機(jī)；滑?？刂疲换パa(bǔ)滑?？刂?；不確定性邊界；自適應(yīng)控制
0 引 言
隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的由旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)成直線運(yùn)動(dòng)來加工零件的工藝已經(jīng)達(dá)不到人們對(duì)工件加工精度的要求[1-2]。因此，在精密加工領(lǐng)域永磁直線同步電動(dòng)機(jī)受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注，已經(jīng)普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、軍事航天、精密儀器儀表和醫(yī)療器械生產(chǎn)等領(lǐng)域[3-5]。PMLSM可以直接產(chǎn)生電磁推力，使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控對(duì)象之間不需要連接傳動(dòng)裝置，消除了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械摩擦和彈性形變，提高了控制系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度和響應(yīng)速度，剛度的提高使電機(jī)能夠平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)定位精度也得到改善[6]。雖然直驅(qū)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，可是在系統(tǒng)控制上增加了難度。首先，不同于旋轉(zhuǎn)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的均勻分布，PMLSM初級(jí)兩端開斷的結(jié)構(gòu)使電機(jī)兩端的磁場(chǎng)比中間部分要弱，會(huì)引起端部效應(yīng)和波形畸變的問題。其次，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的消失使電機(jī)參數(shù)變化、外部擾動(dòng)等因素?zé)o緩沖地直接作用在直線電機(jī)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)過程中，給控制造成了很大困難，甚至影響加工精度[7]。因此，為了降低這些不確定性因素對(duì)伺服系統(tǒng)位置精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間的影響，要設(shè)計(jì)新的控制器對(duì)不確定性因素的值進(jìn)行估計(jì)，滿足系統(tǒng)控制上魯棒性能和跟蹤性能的要求。
滑模控制中滑動(dòng)模態(tài)的設(shè)計(jì)可以不考慮被控對(duì)象參數(shù)和系統(tǒng)外部擾動(dòng)的變化，具有響應(yīng)速度快、魯棒性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[8]。但是，由于它采用了切換控制，在切換過程中存在的時(shí)間延遲、空間滯后和系統(tǒng)慣性，引起了系統(tǒng)在滑動(dòng)模態(tài)下的高頻振動(dòng)，即抖振現(xiàn)象[9]。抖振不僅會(huì)降低系統(tǒng)控制精度，嚴(yán)重的話會(huì)使系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，損壞控制設(shè)備。為了削弱抖振，文獻(xiàn)[10-12]采用了積分滑模面，使系統(tǒng)控制精度得到了改善，但忽略了滑模的降階特性，計(jì)算較為復(fù)雜。文獻(xiàn)[13]在邊界層內(nèi)采用了積分控制，減小了邊界層厚度，雖然可以獲得較小的穩(wěn)態(tài)誤差，但是它只能確保系統(tǒng)狀態(tài)到達(dá)以滑模面為中心的邊界層內(nèi)，不能保證系統(tǒng)狀態(tài)收斂到滑模面。
本文將互補(bǔ)滑模控制理論和自適應(yīng)控制理論相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)互補(bǔ)滑模控制器。互補(bǔ)滑?？刂剖窃诜e分滑模面上增加一個(gè)廣義誤差的互補(bǔ)滑模面，將系統(tǒng)狀態(tài)軌跡限定在兩個(gè)滑模面的交線上，減少了狀態(tài)軌跡到達(dá)滑模面的時(shí)間。在滑模控制中，系統(tǒng)魯棒性主要體現(xiàn)在滑動(dòng)模態(tài)，而在達(dá)到滑動(dòng)模態(tài)之前的到達(dá)階段，系統(tǒng)狀態(tài)仍然受外部擾動(dòng)等不確定性因素的影響，而且不確定性的邊界范圍很難確定。因此，引入自適應(yīng)控制，用自適應(yīng)律來估計(jì)不確定性的邊界，將自適應(yīng)控制和互補(bǔ)滑模控制的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，達(dá)到減小不確定因素對(duì)控制系統(tǒng)影響的目的。
1 永磁直線同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型
在磁場(chǎng)定向矢量控制id0的條件下，PMLSM的dq軸數(shù)學(xué)模型[14]如下。
電壓方程
ud=Rsid+pΨd-ωΨq,
(1)
uq=Rsiq+pΨq+ωΨd。
(2)
式中：ud、uq，id、iq，Ψd、Ψq分別為動(dòng)子d、q軸的電壓、電流和磁鏈；Rs為定子電阻；p為微分算子，ω為角頻率。
電磁推力方程
(3)
式中：Ld和Lq分別為d、q軸的電感，Ψf是永磁體產(chǎn)生的基波磁鏈；τ為極距;pn為極對(duì)數(shù);Kf=3πpnΨf/2τ為電磁推力系數(shù)。
永磁體為表面安裝式時(shí)Ld=Lq。因此，推力方程可以簡(jiǎn)化為
Fe=Kfiq。
(4)
機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程
Mpv=Fe-Bv-FL。
(5)
式中：M為動(dòng)子總質(zhì)量；v為動(dòng)子線速度;B為粘滯摩擦系數(shù);FL為外部擾動(dòng)。
將式(4)代入式(5)可得
(6)
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)組成
PMLSM控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，虛線框內(nèi)為自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂破鹘Y(jié)構(gòu)圖?？刂葡到y(tǒng)主要由位置控制器、電流控制器、坐標(biāo)變換、速度和位置檢測(cè)單元組成。其中位置控制器具有快速響應(yīng)輸入信號(hào)的能力，對(duì)擾動(dòng)具有良好的硬特性。電流控制器作為內(nèi)環(huán)，將對(duì)電流的輸入信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行綜合判斷和處理，從而有效地控制電樞電流，具有較高的快速性。速度和位置傳感器主要用于采集電機(jī)實(shí)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，反饋給控制器，對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。
圖1 PMLSM自適應(yīng)互補(bǔ)滑模控制系統(tǒng)框圖Fig.1 Block diagram of PMLSM adaptive complementary sliding mode control system
2.2 互補(bǔ)滑?？刂?/p>
由PMLSM的數(shù)學(xué)模型得到速度方程(6)，如果將速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成位置信號(hào)，再考慮負(fù)載變化、機(jī)械摩擦產(chǎn)生的擾動(dòng)時(shí)，式(6)可以重新整理為
(c+Δc)FL=
(7)
式中：d(t)是動(dòng)子位移；a=-B/M；b=-Kf/M；c=-1/M；u(t)為控制量；Δa，Δb，Δc是非線性因素引起的參數(shù)變化量；β(t)是各個(gè)不確定項(xiàng)的集合，定義為
(8)
假設(shè)不確定項(xiàng)的邊界為一常數(shù)
|β(t)|≤ρ。
(9)
式中，ρ是不確定項(xiàng)的上界，為一正常數(shù)。
(10)
式中，λ是一個(gè)正常數(shù)。
將式(7)代入式(10)并求S1(t)的一階導(dǎo)數(shù)：
(11)
互補(bǔ)滑模面定義為
(12)
定義兩個(gè)滑模面的和為σ(t)
σ(t)=S1(t)+S2(t)。
(13)
滑?？刂坡捎傻刃Э刂苪eq和切換控制uv組成，等效控制決定了系統(tǒng)在滑模面上的動(dòng)態(tài)性能，是迫使系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沿著滑模面運(yùn)動(dòng)所需要的控制力。切換控制是保證系統(tǒng)狀態(tài)在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)滑模面時(shí)所需要的控制力。
因此，滑?？刂坡煽梢栽O(shè)計(jì)為
u=ueq+uv。
(14)
在滑模面σ(t)=0時(shí)，求得等效控制
(15)
切換控制uv設(shè)計(jì)為
(16)
式中，Φ表示飽和函數(shù)邊界層厚度，sat(·)表示飽和函數(shù)，ρ由(9)式定義。
(17)
2.3 自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂?/p>
在互補(bǔ)滑模的切換控制中，控制增益ρ是不確定性擾動(dòng)的上界，所以它的值將決定到達(dá)階段的快速性和跟隨性。因此，為了減小不確定性對(duì)控制系統(tǒng)的影響，采用自適應(yīng)律對(duì)ρ的值進(jìn)行估計(jì)。自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂破骺驁D如圖2所示。
自適應(yīng)律設(shè)計(jì)為
(18)
圖2 自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂瓶驁DFig.2 Block diagram of adaptive complementary sliding mode control
通過對(duì)增益k的調(diào)整，可以改變自適應(yīng)參數(shù)估計(jì)的變化率。由式(18)可以看出，k的大小與參數(shù)變化率成正比，但在實(shí)際中，k值不僅僅由控制輸入決定，還受到其他條件的影響。
因此，式(16)的切換控制可以改寫為
(19)
下面對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析：
依據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定性判據(jù)，李雅普諾夫函數(shù)選擇為
(20)
對(duì)李雅普諾夫函數(shù)求導(dǎo)并代入式(11)
-λ(S1+S2)2+(S1+S2)(-buv)+
|S1+S2||β(t)|≤-λ(S1+S2)2+
|S1+S2|(|β(t)|-ρ)=
-λ(S1+S2)2-μ|S1+S2|≤0。
(21)
式中，|S1+S2|≥0，μ是一個(gè)正值，因此，系統(tǒng)在李雅普諾夫意義下是穩(wěn)定的，保證了系統(tǒng)狀態(tài)在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)邊界層。
3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
實(shí)驗(yàn)將TI公司生產(chǎn)的高性能TMS320LF2812A DSP作為執(zhí)行單元，分別對(duì)采用互補(bǔ)滑模控制和自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂品椒ǖ腜MLSM控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，通過對(duì)比分析兩種控制方法下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證所提出的控制方法的有效性?；贒SP的PMLSM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括整流逆變電路、上位機(jī)、DSP控制單元、電流檢測(cè)單元及光柵尺位置檢測(cè)單元?；贒SP的PMLSM控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖4所示。
圖3 基于DSP的PMLSM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of PMLSM control system based on DSP
圖4 基于DSP的PMLSM伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Fig.4 Experiment platform of PMLSM servo system based on DSP
為了驗(yàn)證所提出的控制方法的有效性，通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，分析基于互補(bǔ)滑?？刂坪妥赃m應(yīng)互補(bǔ)滑模控制的PMLSM伺服系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
實(shí)驗(yàn)中直線電機(jī)的參數(shù)為：pn=3，Rs=2.1 Ω，Ψf=0.09 Wb，Ld=Lq=41.4 mH，B=8.0 N·s/m，τ=32 mm，M=16.4 kg。PI電流控制器參數(shù)：kp=200，ki=400；滑模位置控制器參數(shù)為：ρ=4，Φ=0.001，k=13。實(shí)驗(yàn)中，檢測(cè)單元將采樣信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后送入DSP中，通過DSP實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和處理，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
首先，位置信號(hào)給定為一個(gè)幅值為0.1 mm的階躍信號(hào)，并在5 s時(shí)突加40 N的負(fù)載，采用兩種控制方法的位置響應(yīng)曲線如圖5所示。從圖5中可以看出，兩種控制方法的跟隨性能和快速性能都很好，相差不多，但在加入負(fù)載時(shí)，負(fù)載對(duì)自適應(yīng)互補(bǔ)滑模控制系統(tǒng)的影響遠(yuǎn)小于對(duì)互補(bǔ)滑?？刂葡到y(tǒng)的影響。如圖5中局部放大圖所示，采用互補(bǔ)滑?？刂频那€的波動(dòng)幅度更大。
圖5 階躍信號(hào)給定下的跟蹤響應(yīng)曲線Fig.5 Tracking response curves for step signal input
當(dāng)位置給定信號(hào)是一個(gè)幅值為0.2 mm的正弦信號(hào)時(shí)，在5 s時(shí)突加40 N的負(fù)載，兩種控制方法下的位置跟蹤響應(yīng)曲線如圖6所示。從圖6中可以看出，兩種控制方法在沒有外部擾動(dòng)的情況下都能準(zhǔn)確跟蹤給定的位置信號(hào)。但是在加入外部擾動(dòng)后跟蹤曲線都偏離了給定信號(hào)，從圖6中的局部放大圖可以看到，自適應(yīng)互補(bǔ)滑模的波形波動(dòng)幅度明顯小于互補(bǔ)滑模的波動(dòng)幅度。因此，自適應(yīng)互補(bǔ)滑模控制在擾動(dòng)下的跟隨性能要優(yōu)于互補(bǔ)滑?？刂?。
圖6 正弦信號(hào)給定下的跟蹤響應(yīng)曲線Fig.6 Tracking response curves for sinusoidal signal input
在正弦信號(hào)下，互補(bǔ)滑模和自適應(yīng)互補(bǔ)滑模的位置跟蹤誤差響應(yīng)曲線如圖7和圖8所示，位置誤差是給定位置信號(hào)與實(shí)際位置信號(hào)的差值，反映了控制系統(tǒng)的跟隨性和魯棒性。從圖中可以明顯看出，啟動(dòng)時(shí)互補(bǔ)滑模的誤差約為23 μm，在5 s加入負(fù)載擾動(dòng)時(shí)誤差達(dá)到20 μm，而自適應(yīng)互補(bǔ)滑模的對(duì)應(yīng)值分別為15 μm和8 μm左右。雖然兩者的快速性相差不多，但從魯棒性上來看，自適應(yīng)互補(bǔ)滑模有更好的表現(xiàn)。
圖7 互補(bǔ)滑?？刂聘櫿`差曲線Fig.7 Tracking error curve of complementary sliding mode control
圖8 自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂聘櫿`差曲線Fig.8 Tracking error curve of adaptive complementary sliding mode control
4 結(jié) 論
為了解決PMLSM易受控制系統(tǒng)參數(shù)變化和外部擾動(dòng)影響的問題，基于滑模變結(jié)構(gòu)控制具有魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂破?，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方法的可行性。
采用自適應(yīng)控制估計(jì)不確定性因素的值，使互補(bǔ)滑?？刂圃诘竭_(dá)階段有更好的跟蹤性和快速性，在一定程度上削弱了抖振現(xiàn)象。
在突加負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂品椒軌蛴行p小伺服控制系統(tǒng)的位置跟蹤誤差，明顯改善系統(tǒng)的跟蹤性能和魯棒性能。
[1] 郭慶鼎，王成元，周美文. 直線交流伺服系統(tǒng)的精密控制技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：1.
[2] 趙希梅，趙久威，李洪誼. 直驅(qū) XY 平臺(tái)伺服系統(tǒng)預(yù)測(cè)魯棒輪廓跟蹤控制[J]. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2014，18(6)：94. ZHAO Ximei，ZHAO Jiuwei，LI Hongyi. Predictive robust contour tracking control for direct drive XY table servo system [J].Electric Machines and Control，2014，18(6)：94．
[3] 趙希梅，孫顯峰，劉浩，等. 周期性輸入的直線伺服系統(tǒng)改進(jìn)重復(fù)控制[J]. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2013，17(2)：112. ZHAO Ximei，SUN Xianfeng，LIU Hao，et al. Modified repetitive control of periodic input linear servo system[J].Electric Machines and Control，2013，17(2)：112．
[4] 嚴(yán)樂陽，葉佩青，張輝，等. 基于多周期迭代滑?？刂频闹本€電機(jī)干擾抑制[J]. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2017，21(1)：8. YAN Yueyang，YE Peiqing，ZHANG Hui，et al. Disturbance rejection for linear motor based on multi-periodic learning variable structure control [J].Electric Machines and Control，2017，21(1)：8．
[5] 高慶忠，關(guān)煥新，于子淞，等. 自適應(yīng)補(bǔ)償器永磁同步電機(jī)積分性連續(xù)滑?？刂芠J]. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2017，21(2)：103. GAO Qingzhong，GUAN Huanxin，YU Zisong，et al. Integral continuous sliding mode control strategy with adaptive compensator for permanent magnet synchronous motor [J].Electric Machines and Control，2017，21(2)：103．
[6] LIN Chiying，CHEN Poying. Precision tracking control of a biaxial piezo stage using repetitive control and double-feed forward compensation[J]. Mechatronics，2011，21(1)：239.
[7] 王麗梅，張杰.基于模糊擾動(dòng)襝的直接驅(qū)動(dòng)XY平臺(tái)輪廓控制[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，37(3)：241. WANG Limei,ZHANG Jie.Contour control for direct drive XY table based on fuzzy disturbance compensation[J].Journal of Shenyang University of Technology，2015，37(3)：241..
[8] 童克文，張興，張昱,等. 基于新型趨近律的永磁同步電動(dòng)機(jī)滑模變結(jié)構(gòu)控制[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28(21)：102. TONG Kewen，ZHANG Xing，ZHANG Yu，et al. Sliding mode variable structure control of permanent magnet synchronous machine based on a novel reaching law[J]. Proceedings of the CSEE，2008，28(21)：102.
[9] LIN F J，SHIEH P H,SHEN P H.Robust recurrent-neural-network sliding-mode control for the X-Y table of a CNC machine[J]. IEE Proceedings-Control Theory and Applications，2006，153(1)：111.
[10] CASTANOS F，F(xiàn)RIDMAN L．Analysis and design of integral sliding manifolds for systems with unmatched perturbations[J]．IEEE Transactions on Automatic Control，2006，51(5)：853．
[11] LEE Jung-Hoon，YOUN Myung-Joong. A new improved continuous variable structure controller for accurately prescribed tracking control of BLDD servo motors[J]. Automatica，2004，40(12)：2069.
[12] ABIDI K，XU J X，YU X. On the discrete-time integral sliding mode control[J]. IEEE Transactions on Automatic Control，2007，52(4)：709.
[13] SESHAGIRI.S，KHALIL HK. On Introducing Integral Action in Sliding Mode Control[C]//Proceedings of the 41st IEEE Conference on Decision and Control，Las Vegas.USA：2002，2：1473.
[14] 趙希梅. 高精度永磁直線同步電動(dòng)機(jī)的二自由度魯棒跟蹤控制研究[D]. 沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2008.
Adaptivecomplementaryslidingmodecontrolforpermanentmagnetlinearsynchronousmotor
ZHAO Xi-mei， WANG Chen-guang， CHENG Hao
(School of Electrical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China)
An adaptive complementary sliding mode control is proposed to solve the problem that the servo system of permanent magnet linear synchronous motor(PMLSM) is vulnerable to be affected by the nonlinear factors. The nonlinear factors of PMLSM include the variations of system parameter, the inherent end effect of motor, and the disturbance of the external uncertainty. Complementary sliding mode control combined the integral sliding surface and generalized error sliding surface,and the system state trajectory was defined in the intersection of two faces. Therefore, it shortened the time of the state trajectory to reach the sliding mode surface, and improved the position tracking accuracy. In order to further improve the robust tracking performance of the system, adaptive control was proposed to estimate the upper bound of uncertain disturbance factors. It can reduce the influence of the uncertain factors on the system, and improve the chattering phenomenon of sliding mode control. The experimental results show that the proposed control method is feasible and effective,and adaptive complementary sliding mode control not only improves the tracking performance of the system,but also effectively reduces the effects of uncertainty on the control system.
permanent magnet linear synchronous motor; sliding mode control; complementary sliding mode control; bound of uncertainty; adaptive control
(編輯：劉素菊)
2016-04-17
國(guó)家自然科學(xué)基金(51175349)；遼寧省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(20170540677)
趙希梅(1979—)，女，博士，副教授，研究方向?yàn)橹本€伺服、數(shù)控技術(shù)、智能控制等； 王晨光(1990—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)橹本€伺服、智能控制等； 程 浩(1991—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)橹本€伺服、智能控制等。
趙希梅
10.15938/j.emc.2017.08.013
TP 273
:A
:1007-449X(2017)08-0095-06
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趙希梅， 王晨光， 程浩
(沈陽工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110870)
永磁直線同步電機(jī)自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂?/p>
趙希梅， 王晨光， 程浩
(沈陽工業(yè)大學(xué) 電氣工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110870)
針對(duì)永磁直線同步電機(jī)(PMLSM)易受非線性因素影響而降低伺服系統(tǒng)魯棒性的問題，提出一種自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂品椒?。永磁直線同步電機(jī)的非線性因素包括系統(tǒng)參數(shù)變化、電機(jī)端部效應(yīng)及外部不確定性的擾動(dòng)?；パa(bǔ)滑模控制將積分滑模面與廣義誤差滑模面相結(jié)合，將系統(tǒng)狀態(tài)軌跡限定在兩個(gè)面的交線上，縮短了狀態(tài)軌跡達(dá)到滑模面的時(shí)間，提高了位置跟蹤精度。為了進(jìn)一步改善系統(tǒng)魯棒跟蹤性能，利用自適應(yīng)控制對(duì)不確定擾動(dòng)因素的上界進(jìn)行估計(jì)，減小不確定因素對(duì)系統(tǒng)的影響，改善滑模控制的抖振現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所提出的控制方法是有效可行的，自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂撇粌H提高了系統(tǒng)的跟蹤性能，而且更有效地抑制了不確定因素對(duì)控制系統(tǒng)的影響。
永磁直線同步電機(jī)；滑?？刂疲换パa(bǔ)滑?？刂?；不確定性邊界；自適應(yīng)控制
0 引 言
隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的由旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)成直線運(yùn)動(dòng)來加工零件的工藝已經(jīng)達(dá)不到人們對(duì)工件加工精度的要求[1-2]。因此，在精密加工領(lǐng)域永磁直線同步電動(dòng)機(jī)受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注，已經(jīng)普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、軍事航天、精密儀器儀表和醫(yī)療器械生產(chǎn)等領(lǐng)域[3-5]。PMLSM可以直接產(chǎn)生電磁推力，使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控對(duì)象之間不需要連接傳動(dòng)裝置，消除了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械摩擦和彈性形變，提高了控制系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度和響應(yīng)速度，剛度的提高使電機(jī)能夠平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)定位精度也得到改善[6]。雖然直驅(qū)電機(jī)有諸多優(yōu)點(diǎn)，可是在系統(tǒng)控制上增加了難度。首先，不同于旋轉(zhuǎn)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的均勻分布，PMLSM初級(jí)兩端開斷的結(jié)構(gòu)使電機(jī)兩端的磁場(chǎng)比中間部分要弱，會(huì)引起端部效應(yīng)和波形畸變的問題。其次，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的消失使電機(jī)參數(shù)變化、外部擾動(dòng)等因素?zé)o緩沖地直接作用在直線電機(jī)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)過程中，給控制造成了很大困難，甚至影響加工精度[7]。因此，為了降低這些不確定性因素對(duì)伺服系統(tǒng)位置精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間的影響，要設(shè)計(jì)新的控制器對(duì)不確定性因素的值進(jìn)行估計(jì)，滿足系統(tǒng)控制上魯棒性能和跟蹤性能的要求。
滑模控制中滑動(dòng)模態(tài)的設(shè)計(jì)可以不考慮被控對(duì)象參數(shù)和系統(tǒng)外部擾動(dòng)的變化，具有響應(yīng)速度快、魯棒性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[8]。但是，由于它采用了切換控制，在切換過程中存在的時(shí)間延遲、空間滯后和系統(tǒng)慣性，引起了系統(tǒng)在滑動(dòng)模態(tài)下的高頻振動(dòng)，即抖振現(xiàn)象[9]。抖振不僅會(huì)降低系統(tǒng)控制精度，嚴(yán)重的話會(huì)使系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，損壞控制設(shè)備。為了削弱抖振，文獻(xiàn)[10-12]采用了積分滑模面，使系統(tǒng)控制精度得到了改善，但忽略了滑模的降階特性，計(jì)算較為復(fù)雜。文獻(xiàn)[13]在邊界層內(nèi)采用了積分控制，減小了邊界層厚度，雖然可以獲得較小的穩(wěn)態(tài)誤差，但是它只能確保系統(tǒng)狀態(tài)到達(dá)以滑模面為中心的邊界層內(nèi)，不能保證系統(tǒng)狀態(tài)收斂到滑模面。
本文將互補(bǔ)滑模控制理論和自適應(yīng)控制理論相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)互補(bǔ)滑模控制器。互補(bǔ)滑?？刂剖窃诜e分滑模面上增加一個(gè)廣義誤差的互補(bǔ)滑模面，將系統(tǒng)狀態(tài)軌跡限定在兩個(gè)滑模面的交線上，減少了狀態(tài)軌跡到達(dá)滑模面的時(shí)間。在滑模控制中，系統(tǒng)魯棒性主要體現(xiàn)在滑動(dòng)模態(tài)，而在達(dá)到滑動(dòng)模態(tài)之前的到達(dá)階段，系統(tǒng)狀態(tài)仍然受外部擾動(dòng)等不確定性因素的影響，而且不確定性的邊界范圍很難確定。因此，引入自適應(yīng)控制，用自適應(yīng)律來估計(jì)不確定性的邊界，將自適應(yīng)控制和互補(bǔ)滑模控制的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，達(dá)到減小不確定因素對(duì)控制系統(tǒng)影響的目的。
1 永磁直線同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型
在磁場(chǎng)定向矢量控制id0的條件下，PMLSM的dq軸數(shù)學(xué)模型[14]如下。
電壓方程
ud=Rsid+pΨd-ωΨq,
(1)
uq=Rsiq+pΨq+ωΨd。
(2)
式中：ud、uq，id、iq，Ψd、Ψq分別為動(dòng)子d、q軸的電壓、電流和磁鏈；Rs為定子電阻；p為微分算子，ω為角頻率。
電磁推力方程
(3)
式中：Ld和Lq分別為d、q軸的電感，Ψf是永磁體產(chǎn)生的基波磁鏈；τ為極距;pn為極對(duì)數(shù);Kf=3πpnΨf/2τ為電磁推力系數(shù)。
永磁體為表面安裝式時(shí)Ld=Lq。因此，推力方程可以簡(jiǎn)化為
Fe=Kfiq。
(4)
機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程
Mpv=Fe-Bv-FL。
(5)
式中：M為動(dòng)子總質(zhì)量；v為動(dòng)子線速度;B為粘滯摩擦系數(shù);FL為外部擾動(dòng)。
將式(4)代入式(5)可得
(6)
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)組成
PMLSM控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，虛線框內(nèi)為自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂破鹘Y(jié)構(gòu)圖?？刂葡到y(tǒng)主要由位置控制器、電流控制器、坐標(biāo)變換、速度和位置檢測(cè)單元組成。其中位置控制器具有快速響應(yīng)輸入信號(hào)的能力，對(duì)擾動(dòng)具有良好的硬特性。電流控制器作為內(nèi)環(huán)，將對(duì)電流的輸入信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行綜合判斷和處理，從而有效地控制電樞電流，具有較高的快速性。速度和位置傳感器主要用于采集電機(jī)實(shí)時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，反饋給控制器，對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。
圖1 PMLSM自適應(yīng)互補(bǔ)滑模控制系統(tǒng)框圖Fig.1 Block diagram of PMLSM adaptive complementary sliding mode control system
2.2 互補(bǔ)滑?？刂?/p>
由PMLSM的數(shù)學(xué)模型得到速度方程(6)，如果將速度信號(hào)轉(zhuǎn)換成位置信號(hào)，再考慮負(fù)載變化、機(jī)械摩擦產(chǎn)生的擾動(dòng)時(shí)，式(6)可以重新整理為
(c+Δc)FL=
(7)
式中：d(t)是動(dòng)子位移；a=-B/M；b=-Kf/M；c=-1/M；u(t)為控制量；Δa，Δb，Δc是非線性因素引起的參數(shù)變化量；β(t)是各個(gè)不確定項(xiàng)的集合，定義為
(8)
假設(shè)不確定項(xiàng)的邊界為一常數(shù)
|β(t)|≤ρ。
(9)
式中，ρ是不確定項(xiàng)的上界，為一正常數(shù)。
(10)
式中，λ是一個(gè)正常數(shù)。
將式(7)代入式(10)并求S1(t)的一階導(dǎo)數(shù)：
(11)
互補(bǔ)滑模面定義為
(12)
定義兩個(gè)滑模面的和為σ(t)
σ(t)=S1(t)+S2(t)。
(13)
滑?？刂坡捎傻刃Э刂苪eq和切換控制uv組成，等效控制決定了系統(tǒng)在滑模面上的動(dòng)態(tài)性能，是迫使系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沿著滑模面運(yùn)動(dòng)所需要的控制力。切換控制是保證系統(tǒng)狀態(tài)在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)滑模面時(shí)所需要的控制力。
因此，滑?？刂坡煽梢栽O(shè)計(jì)為
u=ueq+uv。
(14)
在滑模面σ(t)=0時(shí)，求得等效控制
(15)
切換控制uv設(shè)計(jì)為
(16)
式中，Φ表示飽和函數(shù)邊界層厚度，sat(·)表示飽和函數(shù)，ρ由(9)式定義。
(17)
2.3 自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂?/p>
在互補(bǔ)滑模的切換控制中，控制增益ρ是不確定性擾動(dòng)的上界，所以它的值將決定到達(dá)階段的快速性和跟隨性。因此，為了減小不確定性對(duì)控制系統(tǒng)的影響，采用自適應(yīng)律對(duì)ρ的值進(jìn)行估計(jì)。自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂破骺驁D如圖2所示。
自適應(yīng)律設(shè)計(jì)為
(18)
圖2 自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂瓶驁DFig.2 Block diagram of adaptive complementary sliding mode control
通過對(duì)增益k的調(diào)整，可以改變自適應(yīng)參數(shù)估計(jì)的變化率。由式(18)可以看出，k的大小與參數(shù)變化率成正比，但在實(shí)際中，k值不僅僅由控制輸入決定，還受到其他條件的影響。
因此，式(16)的切換控制可以改寫為
(19)
下面對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析：
依據(jù)李雅普諾夫穩(wěn)定性判據(jù)，李雅普諾夫函數(shù)選擇為
(20)
對(duì)李雅普諾夫函數(shù)求導(dǎo)并代入式(11)
-λ(S1+S2)2+(S1+S2)(-buv)+
|S1+S2||β(t)|≤-λ(S1+S2)2+
|S1+S2|(|β(t)|-ρ)=
-λ(S1+S2)2-μ|S1+S2|≤0。
(21)
式中，|S1+S2|≥0，μ是一個(gè)正值，因此，系統(tǒng)在李雅普諾夫意義下是穩(wěn)定的，保證了系統(tǒng)狀態(tài)在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)邊界層。
3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
實(shí)驗(yàn)將TI公司生產(chǎn)的高性能TMS320LF2812A DSP作為執(zhí)行單元，分別對(duì)采用互補(bǔ)滑模控制和自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂品椒ǖ腜MLSM控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，通過對(duì)比分析兩種控制方法下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證所提出的控制方法的有效性?；贒SP的PMLSM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括整流逆變電路、上位機(jī)、DSP控制單元、電流檢測(cè)單元及光柵尺位置檢測(cè)單元?；贒SP的PMLSM控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖4所示。
圖3 基于DSP的PMLSM控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of PMLSM control system based on DSP
圖4 基于DSP的PMLSM伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)Fig.4 Experiment platform of PMLSM servo system based on DSP
為了驗(yàn)證所提出的控制方法的有效性，通過系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，分析基于互補(bǔ)滑?？刂坪妥赃m應(yīng)互補(bǔ)滑模控制的PMLSM伺服系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
實(shí)驗(yàn)中直線電機(jī)的參數(shù)為：pn=3，Rs=2.1 Ω，Ψf=0.09 Wb，Ld=Lq=41.4 mH，B=8.0 N·s/m，τ=32 mm，M=16.4 kg。PI電流控制器參數(shù)：kp=200，ki=400；滑模位置控制器參數(shù)為：ρ=4，Φ=0.001，k=13。實(shí)驗(yàn)中，檢測(cè)單元將采樣信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后送入DSP中，通過DSP實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和處理，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
首先，位置信號(hào)給定為一個(gè)幅值為0.1 mm的階躍信號(hào)，并在5 s時(shí)突加40 N的負(fù)載，采用兩種控制方法的位置響應(yīng)曲線如圖5所示。從圖5中可以看出，兩種控制方法的跟隨性能和快速性能都很好，相差不多，但在加入負(fù)載時(shí)，負(fù)載對(duì)自適應(yīng)互補(bǔ)滑模控制系統(tǒng)的影響遠(yuǎn)小于對(duì)互補(bǔ)滑?？刂葡到y(tǒng)的影響。如圖5中局部放大圖所示，采用互補(bǔ)滑?？刂频那€的波動(dòng)幅度更大。
圖5 階躍信號(hào)給定下的跟蹤響應(yīng)曲線Fig.5 Tracking response curves for step signal input
當(dāng)位置給定信號(hào)是一個(gè)幅值為0.2 mm的正弦信號(hào)時(shí)，在5 s時(shí)突加40 N的負(fù)載，兩種控制方法下的位置跟蹤響應(yīng)曲線如圖6所示。從圖6中可以看出，兩種控制方法在沒有外部擾動(dòng)的情況下都能準(zhǔn)確跟蹤給定的位置信號(hào)。但是在加入外部擾動(dòng)后跟蹤曲線都偏離了給定信號(hào)，從圖6中的局部放大圖可以看到，自適應(yīng)互補(bǔ)滑模的波形波動(dòng)幅度明顯小于互補(bǔ)滑模的波動(dòng)幅度。因此，自適應(yīng)互補(bǔ)滑模控制在擾動(dòng)下的跟隨性能要優(yōu)于互補(bǔ)滑?？刂?。
圖6 正弦信號(hào)給定下的跟蹤響應(yīng)曲線Fig.6 Tracking response curves for sinusoidal signal input
在正弦信號(hào)下，互補(bǔ)滑模和自適應(yīng)互補(bǔ)滑模的位置跟蹤誤差響應(yīng)曲線如圖7和圖8所示，位置誤差是給定位置信號(hào)與實(shí)際位置信號(hào)的差值，反映了控制系統(tǒng)的跟隨性和魯棒性。從圖中可以明顯看出，啟動(dòng)時(shí)互補(bǔ)滑模的誤差約為23 μm，在5 s加入負(fù)載擾動(dòng)時(shí)誤差達(dá)到20 μm，而自適應(yīng)互補(bǔ)滑模的對(duì)應(yīng)值分別為15 μm和8 μm左右。雖然兩者的快速性相差不多，但從魯棒性上來看，自適應(yīng)互補(bǔ)滑模有更好的表現(xiàn)。
圖7 互補(bǔ)滑?？刂聘櫿`差曲線Fig.7 Tracking error curve of complementary sliding mode control
圖8 自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂聘櫿`差曲線Fig.8 Tracking error curve of adaptive complementary sliding mode control
4 結(jié) 論
為了解決PMLSM易受控制系統(tǒng)參數(shù)變化和外部擾動(dòng)影響的問題，基于滑模變結(jié)構(gòu)控制具有魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂破?，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方法的可行性。
采用自適應(yīng)控制估計(jì)不確定性因素的值，使互補(bǔ)滑?？刂圃诘竭_(dá)階段有更好的跟蹤性和快速性，在一定程度上削弱了抖振現(xiàn)象。
在突加負(fù)載擾動(dòng)時(shí)，自適應(yīng)互補(bǔ)滑?？刂品椒軌蛴行p小伺服控制系統(tǒng)的位置跟蹤誤差，明顯改善系統(tǒng)的跟蹤性能和魯棒性能。
[1] 郭慶鼎，王成元，周美文. 直線交流伺服系統(tǒng)的精密控制技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：1.
[2] 趙希梅，趙久威，李洪誼. 直驅(qū) XY 平臺(tái)伺服系統(tǒng)預(yù)測(cè)魯棒輪廓跟蹤控制[J]. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2014，18(6)：94. ZHAO Ximei，ZHAO Jiuwei，LI Hongyi. Predictive robust contour tracking control for direct drive XY table servo system [J].Electric Machines and Control，2014，18(6)：94．
[3] 趙希梅，孫顯峰，劉浩，等. 周期性輸入的直線伺服系統(tǒng)改進(jìn)重復(fù)控制[J]. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2013，17(2)：112. ZHAO Ximei，SUN Xianfeng，LIU Hao，et al. Modified repetitive control of periodic input linear servo system[J].Electric Machines and Control，2013，17(2)：112．
[4] 嚴(yán)樂陽，葉佩青，張輝，等. 基于多周期迭代滑?？刂频闹本€電機(jī)干擾抑制[J]. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2017，21(1)：8. YAN Yueyang，YE Peiqing，ZHANG Hui，et al. Disturbance rejection for linear motor based on multi-periodic learning variable structure control [J].Electric Machines and Control，2017，21(1)：8．
[5] 高慶忠，關(guān)煥新，于子淞，等. 自適應(yīng)補(bǔ)償器永磁同步電機(jī)積分性連續(xù)滑?？刂芠J]. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2017，21(2)：103. GAO Qingzhong，GUAN Huanxin，YU Zisong，et al. Integral continuous sliding mode control strategy with adaptive compensator for permanent magnet synchronous motor [J].Electric Machines and Control，2017，21(2)：103．
[6] LIN Chiying，CHEN Poying. Precision tracking control of a biaxial piezo stage using repetitive control and double-feed forward compensation[J]. Mechatronics，2011，21(1)：239.
[7] 王麗梅，張杰.基于模糊擾動(dòng)襝的直接驅(qū)動(dòng)XY平臺(tái)輪廓控制[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，37(3)：241. WANG Limei,ZHANG Jie.Contour control for direct drive XY table based on fuzzy disturbance compensation[J].Journal of Shenyang University of Technology，2015，37(3)：241..
[8] 童克文，張興，張昱,等. 基于新型趨近律的永磁同步電動(dòng)機(jī)滑模變結(jié)構(gòu)控制[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28(21)：102. TONG Kewen，ZHANG Xing，ZHANG Yu，et al. Sliding mode variable structure control of permanent magnet synchronous machine based on a novel reaching law[J]. Proceedings of the CSEE，2008，28(21)：102.
[9] LIN F J，SHIEH P H,SHEN P H.Robust recurrent-neural-network sliding-mode control for the X-Y table of a CNC machine[J]. IEE Proceedings-Control Theory and Applications，2006，153(1)：111.
[10] CASTANOS F，F(xiàn)RIDMAN L．Analysis and design of integral sliding manifolds for systems with unmatched perturbations[J]．IEEE Transactions on Automatic Control，2006，51(5)：853．
[11] LEE Jung-Hoon，YOUN Myung-Joong. A new improved continuous variable structure controller for accurately prescribed tracking control of BLDD servo motors[J]. Automatica，2004，40(12)：2069.
[12] ABIDI K，XU J X，YU X. On the discrete-time integral sliding mode control[J]. IEEE Transactions on Automatic Control，2007，52(4)：709.
[13] SESHAGIRI.S，KHALIL HK. On Introducing Integral Action in Sliding Mode Control[C]//Proceedings of the 41st IEEE Conference on Decision and Control，Las Vegas.USA：2002，2：1473.
[14] 趙希梅. 高精度永磁直線同步電動(dòng)機(jī)的二自由度魯棒跟蹤控制研究[D]. 沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2008.
Adaptivecomplementaryslidingmodecontrolforpermanentmagnetlinearsynchronousmotor
ZHAO Xi-mei， WANG Chen-guang， CHENG Hao
(School of Electrical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China)
An adaptive complementary sliding mode control is proposed to solve the problem that the servo system of permanent magnet linear synchronous motor(PMLSM) is vulnerable to be affected by the nonlinear factors. The nonlinear factors of PMLSM include the variations of system parameter, the inherent end effect of motor, and the disturbance of the external uncertainty. Complementary sliding mode control combined the integral sliding surface and generalized error sliding surface,and the system state trajectory was defined in the intersection of two faces. Therefore, it shortened the time of the state trajectory to reach the sliding mode surface, and improved the position tracking accuracy. In order to further improve the robust tracking performance of the system, adaptive control was proposed to estimate the upper bound of uncertain disturbance factors. It can reduce the influence of the uncertain factors on the system, and improve the chattering phenomenon of sliding mode control. The experimental results show that the proposed control method is feasible and effective,and adaptive complementary sliding mode control not only improves the tracking performance of the system,but also effectively reduces the effects of uncertainty on the control system.
permanent magnet linear synchronous motor; sliding mode control; complementary sliding mode control; bound of uncertainty; adaptive control
(編輯：劉素菊)
2016-04-17
國(guó)家自然科學(xué)基金(51175349)；遼寧省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(20170540677)
趙希梅(1979—)，女，博士，副教授，研究方向?yàn)橹本€伺服、數(shù)控技術(shù)、智能控制等； 王晨光(1990—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)橹本€伺服、智能控制等； 程 浩(1991—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)橹本€伺服、智能控制等。
趙希梅
10.15938/j.emc.2017.08.013
TP 273
:A
:1007-449X(2017)08-0095-06
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