[发明专利]一种具有不等式约束的永磁直线电机鲁棒有界控制方法

说明书

本发明提供一种具有不等式约束的永磁直线电机鲁棒有界控制方法，具体步骤为：实时采集待控制永磁直线电机运行的位置，利用差分运算得到永磁直线电机的速度和加速度，获得采集数据；根据采集数据建立永磁直线电机系统的动力学建模；根据永磁直线电机系统的动力学建模设置永磁直线电机系统有界控制条件；对永磁直线电机的位置、速度、加速度进行状态转换，得到永磁直线电机系统转换后的动力学模型；对转换后的系统，采用鲁棒有界控制器进行控制，得到需要的控制输入，输入到原来的永磁直线电机系统中对永磁直线电机进行控制。本申请的控制方法能够保证永磁直线电机的位移不超出指定的范围，且位置跟踪误差较小。

技术领域

本发明涉及一种电机鲁棒有界控制方法，特别是一种具有不等式约束的永磁直线电机鲁棒有界控制方法。

背景技术

永磁直线电机(PMLM)是一种不需要任何中间转换机构就能将电能直接转化为线性运动的机械能的装置。由于其具有速度快，推力大，精度高等特点，永磁直线电机广泛应用于各种工业设备中。

永磁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非线性摩擦，以及模型本身的不确定性和外部干扰。为了解决这些控制问题，人们提出了各种控制方法，如自适应补偿控制，自适应鲁棒控制，神经网络等方法。

永磁直线电机的运行范围并不是没有限制的，其必须运行在一定的行程内，以防直线电机运行超出范围对人和设备造成伤害，常规的物理限位无法保证直线电机不发生碰撞，而很少有文献从算法上解决直线电机不超出指定运动范围的控制问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种具有不等式约束的永磁直线电机鲁棒有界控制方法，它可以用于永磁直线电机的控制。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤为：

1)数据采集：实时采集待控制永磁直线电机运行的位置x，利用差分运算得到永磁直线电机的速度和加速度获得采集数据；

2)构建动力学模型：根据步骤1)的采集数据建立永磁直线电机系统的动力学建模；

3)设置有界控制条件：根据步骤2)中永磁直线电机系统的动力学建模设置永磁直线电机系统有界控制条件；

4)模型动态转换：对永磁直线电机的位置x、速度加速度进行状态转换，得到永磁直线电机系统转换后的动力学模型；

5)构建鲁棒控制器：对步骤4)中转换后的系统，采用鲁棒有界控制器进行控制，得到需要的控制输入，输入到原来的永磁直线电机系统中对永磁直线电机进行控制。

进一步，步骤2)中建立永磁直线电机系统的动力学建模的具体方法为：

建立永磁直线电机的动力学模型：

式(1)中，是直线电机的速度，直线电机的加速度，μ是控制输入，K_e是直线电机的反电动势，M为惯性负载和线圈组件质量，F_e表示系统的不确定性因素，F_e由载荷F_load、波纹力F_ripple、摩擦力F_fric、外部扰动F_d组成：

F_e＝F_load+F_ripple+F_fric+F_d (3)

式(2)中，m是运动推力块的质量，R为永磁直线电机任意两相之间的阻力，K_f表示马达产生的力；

式(3)中，摩擦力F_fric是与速度有关的非线性函数，可建模为：