高 熠，吴益飞，关 妍

(南京理工大学自动化学院，江苏 南京 210094)

摘要：为解决双电机驱动伺服系统中的齿隙非线性问题，提高系统控制精度，提出了一种基于特征模型的二阶离散滑模控制器（DSSMC）设计方法。给出了含齿隙非线性的双电机驱动伺服系统动力学模型，进行光滑处理后建立了系统的特征模型，采用带遗忘因子的递推最小二乘法对特征模型参数进行在线辨识。基于特征模型参数设计了一种二阶离散滑模控制器，证明了闭环系统的稳定性，与常规分区PID控制进行了仿真验证比较，结果表明所设计的控制算法能有效提高系统的控制精度与鲁棒性。

关键词：双电机驱动；伺服系统；特征模型；二阶离散滑模控制

中图分类号：TM301.2   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)03-0029-06

随着我国军事水平的不断提高，各类新型武器装备层出不穷。伺服系统作为大多数武器装备不可或缺的部分，对其动态性能以及控制精度的要求越来越高。例如负责远程火力压制的多管火箭炮，在不同的发射状态下系统惯量和负载转矩会有大幅的变化，因此其伺服系统在不同的负载条件下需具备快速、高精度调炮的能力。目前高性能的交流伺服电机的功率受技术条件限制难以做得很大，故采用单个电机进行伺服驱动无法满足一些高精度、高动态性能、大惯量、大功率的应用场合。双电机驱动伺服系统相较于单电机驱动伺服系统能够提供较大的驱动力矩，适用于惯量变化大、精度要求高的场合。

齿隙问题在齿轮传动结构中是不可避免的，目前主要采用施加偏置力矩或是设计自适应控制器的方法来消除齿隙非线性的影响。文献］针对双电机驱动伺服系统提出了一种基于电机负载电流的变偏置力矩消隙方法。文献［为了消除齿隙对双电机系统的不利影响，采用了全系数自适应控制方法，仿真结果表明所提的控制策略具有较高的鲁棒性。文献采用自抗扰控制策略，将齿隙非线性作为扰动进行观测及补偿。文献用转速差调节器取代常用的施加偏置力矩，并结合模型预测控制器实现了双电机伺服系统的高精度控制。含齿隙非线性的双电机驱动系统是多变量、强耦合的复杂非线性系统，要建立其精确的数学模型存在一定的困难，并且所建模型阶数高、结构复杂，也不利于控制器的设计和实际工程的应用。Wu等提出的特征建模理论与方法将系统模型用一个低阶时变差分方程描述，可解决参数不确定复杂对象难以建模以及设计低阶控制器的难题。

本文以双电机驱动伺服系统为研究对象，考虑系统模型中的齿隙非线性因素，采用特征建模与滑模控制相结合的方法消除齿隙非线性的影响，提高了伺服系统的控制性能。首先基于特征建模思想，将含齿隙非线性的双电机驱动伺服系统的动力学模型简化为特征模型，并在线辨识模型参数；然后基于特征模型设计了一种二阶离散滑模控制器（DSSMC），并证明了系统的稳定性；最后通过仿真验证了所设计的基于特征模型的双电机驱动伺服系统滑模控制策略的有效性。

1 问题描述与系统建模

1.1 含齿隙的双电机驱动伺服系统动力学模型

双电机驱动伺服系统结构如图1所示，具有两个相同规格的电机分别连接减速器并带动小齿轮转动，两个小齿轮与一个大齿轮对称啮合，共同驱动大齿轮带负载转动。图1中，U₁和U₂分别为电机1和2的电枢电压，ω₁和ω₂分别为电机1和2的角速度，ω_1m和ω_2m分别为小齿轮1和2的角速度，ω_L...

......

基金项目：国家自然科学基金资助项目（61673214）；江苏省科技重点研发计划项目（BE2015164）

作者简介：高熠（1993—），女，硕士研究生，主要从事电机控制方向的研究，gaodayi1993@163.com.