[发明专利]一种永磁同步直线电机控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步直线电机控制系统及方法，该系统包括实现离散时间滑模和扰动补偿的控制器、与控制器形成闭环的干扰估计器、获得永磁同步直线电机的位置和速度的传感器，传感器获得的信号与设定的期望信号同属输入到干扰估计器和控制器的输入端，所述控制器的输出端与永磁同步直线电机的受控端连接。该方法基于欧拉的离散化技术，设计永磁同步直线电机的离散时间模型，通过引入一种新型的离散时间滑模，设计了基于等效控制方法为基础的离散时间终端滑模和扰动补偿控制器。该发明的优点在于：大大地提高了永磁同步直线电机的控制精度和抗干扰性能，保证了闭环系统状态能精确、快速地收敛到平衡点，该方法具备更好的动态和稳态性能。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其是一种永磁同步直线电机控制系统及 方法。

背景技术

永磁同步直线电机是一种不需要任何中间转换机构就可以将电能直接转换 为线性运动转换装置。由于永磁同步直线电机具有速度快，推力大，精度高等 诸多优点，已成功应用于工业，军事等需要高速，低推力，小位移，高精度位 置的运动场合控制。但是永磁同步直线电机是一个典型的非线性多变量系统， 控制性能会受到各种非线性因素的影响，如未知的负载和摩擦等非线性因素的 影响。最近，永磁同步直线电机的控制问题已成为永磁同步直线电机领域的一 个重要课题，如何提高永磁同步直线电机的控制性能已经得到了一定的关注。

随着现代控制理论的发展，也有不少非线性控制方法运用于永磁同步直线 电机控制系统中，例如，自适应补偿控制，线性滑模控制，PID控制方法等。虽 然这些方法对系统参数不确定性和外部干扰有较强的鲁棒性，但是在电机位置 伺服系统中，对系统的动态和稳态性能有很高的要求。随着越来越多的控制器 在实践中基于数字计算机实现，虽然连续时间控制方法可以通过各种数字形式 实现离散化，如欧拉离散化，闭环系统的稳定性分析法(控制对象是连续时间 的，但控制器是以离散时间的形式)但是这种方法的分析却非常困难。因此急 需提出一种方法同时能改善系统的动态和稳态性能且能直接地应用于永磁同步 直线电机。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，为此，本发明提供一种永磁同步直线 电机控制系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种永磁同步直线电机控制系统，包括实现离散时间滑膜和扰动补偿的控 制器、与控制器形成闭环的干扰估计器、获得永磁同步直线电机的位置和速度 的传感器，传感器获得的信号与设定的期望信号同属输入到干扰估计器和控制 器的输入端，所述控制器的输出端与永磁同步直线电机的受控端连接。

上述控制系统的控制方法，包括以下步骤

S1、建立永磁同步直线电机的数学模型，数学模型为

其中x₁(t)，y(t)是线性位移，x₂(t)是线性速度，y(t)、x₂(t)根据位置和速度 传感器获得，为x₁(t)、x₂(t)对应的一阶导数，u(t)是控制器输出的控 制信号，R是电机的电阻，m是电机的质量，k_f是力常数，k_e是反电动势力，d 表示外界干扰，外界干扰包括摩擦力和波纹力；

令数学模型简化为

S2、定义永磁同步直线电机的线芯位移跟踪误差为e₁(t)＝x_r(t)-x₁(t)，线 性速度跟踪误差为其中x_r(t)为线性位移的参考值，为 x_r(t)的一阶导数表示线性速度的参考值；建立跟踪误差的动力学方程为