基于Kalman滤波的力矩电机直驱转台系统数字滑模控制

刘建林，施大发，罗德荣



基于Kalman滤波的力矩电机直驱转台系统数字滑模控制

刘建林1, 2，施大发2，罗德荣1

(1. 湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙，410082；2．湖南机电职业技术学院电气工程学院，湖南长沙，410151)

针对含有测量噪声和过程噪声的力矩电机直驱转台伺服系统，提出一种基于卡尔曼滤波器的数字滑模控制策略。首先，考虑到现有控制多采用计算机进行离散数字控制，首先将力矩电机伺服系统的数学模型进行数字离散化；其次，对离散化系统设计基于指数趋近率的软切换滑模控制器；最后，将设计的滑模控制器信号和带噪声的输出通过Kalman滤波器，得到系统最终输出信号。仿真实验结果表明：所设计的控制器对系统的噪声具有很强的鲁棒性和跟踪性能。

力矩电机；直驱转台；数字滑模；Kalman滤波器

随着数控机床向高速高精度方向发展，数控转台作为数控机床中的最重要部件，传统的由蜗轮蜗杆或齿轮副传动方式已经难以适应现有机床的高速高精度要求[1−2]，这是由于蜗轮蜗杆传动，其启动和制动速度及其加速度低，且在启动、加速、反转和制动过程中存在的摩擦、弹性形变及反向间隙等会降低系统的响应能力和精度。力矩电机直驱转台直接由力矩电机通过联轴器驱动数控转台，省去了中间的传动环节，提高了系统的动态性能。然而，将力矩电机直接与数控转台相连接，外部负载、噪声等将直接通过数控转台作用于力矩电机，使其对外部的干扰尤为敏感，这在一定程度上增加了系统控制的难度[3−4]。……