[发明专利]基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制系统与方法

权利要求书

1.一种基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制系统，包括伺服压力机，伺服压力机的整机电控系统（1）与人机交互平台（2）连接，人机交互平台（2）输入工艺曲线关键点，并传递给整机电控系统（1），同时对关键状态信息进行显示；整机电控系统（1）连接伺服电机驱动器（3），伺服电机驱动器（3）接收来自整机电控系统（1）的控制指令，伺服电机驱动器（3）通过电缆与伺服电机（4）相连，伺服电机（4）刚性连接减速机构，减速机构连接连杆机构，连杆机构连接滑块（6）；所述滑块（6）的两侧安装平衡缸（5），滑块（6）上安装有调模电机（7），调模电机（7）用于完成伺服压力机的滑块（6）微调，在滑块（6）位置附近安装滑块位置传感器（8），滑块位置传感器（8）与整机电控系统（1）连接，滑块位置传感器（8）将滑块（6）实际位置的反馈信息传输到整机电控系统（1）中；所述伺服电机驱动器里加入了基于有限控制集的无位置传感器控制算法模块，所述基于有限控制集的无位置传感器控制算法模块包括无传感器控制算法模块和有限控制集的转矩预测控制算法模块：

无传感器控制算法模块：进行电流采样和信号处理；对感应电机的状态方程进行离散化，进行转速估计，将最后估算的转速结果传输给有限控制集的转矩预测控制算法模块作为输入；

有限控制集的转矩预测控制算法模块：以动力学模型的给定转矩输出和无传感器控制算法模块对转速的估计值输出为输入；进行电磁转矩预测，计算得到价值函数，将滑块（6）位置信息加入到价值函数中控制滑块（6）的位置不出现超调线性。

2.根据权利要求1所述的基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制系统，其特征在于：所述滑块位置传感器（8）为高精度的光栅尺或磁式直线式位置传感器。

3.根据权利要求1或2所述的基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制系统，一种基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制方法，包括以下步骤：

步骤一：在人机交互平台（2）输入工艺曲线关键点，传递给伺服压力机的整机电控系统（1）；

步骤二：整机电控系统（1）根据伺服压力机的约束条件将人机交互平台（2）输入的工艺曲线关键点生成符合伺服压力机运动学的工艺曲线，输出结果为成形工艺曲线，成形工艺曲线利用整机电控系统（1）中的工艺曲线插补算法进行实现；

步骤三：在整机电控系统（1）中建立动力学模型，以成形工艺曲线与滑块（6）实际位置之差作为动力学模型的输入，滑块（6）实际位置由滑块位置传感器（8）采集后反馈给整机电控系统（1），根据动力学模型计算并输出给定转矩；

步骤四：无传感器控制算法模块对伺服电机转速进行估计，并将转速的估计值作为基于有限控制集的转矩预测控制算法模块的输入，同时将步骤三输出的给定转矩作为有限控制集的转矩预测控制算法模块的输入；然后有限控制集的转矩预测控制算法模块对电磁转矩进行预测计算，得到电磁转矩预测值，并通过电磁转矩预测值得到定子电压方程和定子电流方程，进而得到下一步的最优控制律的价值函数，有限控制集的转矩预测控制算法模块将滑块（6）位置信息加入到价值函数中控制滑块（6）的位置不出现超调现象。

4.根据权利要求3所述的基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制方法，其特征在于：所述步骤二中，通过分段多项式曲线插补算法生成平滑的成形工艺曲线。

5.根据权利要求3所述的基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制方法，其特征在于：所述步骤三中，通过利用拉格朗日定理、哈密顿定理和雅可比矩阵，建立伺服压力机的动力学模型。

6.根据权利要求3所述的基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制方法，其特征在于：所述步骤三中，输出给定转矩为电机转矩或可线性转化成为转矩的结果。

7.根据权利要求3所述的基于有限控制集无传感器的压力机全闭环控制方法，其特征在于：所述步骤三中，动力学模型中结合几何限制和完整约束关系，选择合理自由度为1，利用曲柄角度直接将曲柄连杆的表达式简化为数学方程的形式。