[发明专利]直线电机滑模控制中系统抖振消除控制方法与装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及直线电机干扰的控制技术领域，具体为一种针对直线电机滑模控制抑制非线性干扰和外部强干扰中产生抖振的消除控制方法及装置。

(二)背景技术

永磁同步直线电机(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor，简称PMLSM)是直接将电能转换为直线运动的推力装置。通过动子线圈上的电压控制，实现动子的直线运动。它具有高响应、高刚度和高精度等特点，在越来越多的应用场合受到关注，永磁同步直线电机是伺服系统中执行机构的最佳选择。但是，直线电机的齿槽效应、端部效应、系统参数(动子质量、粘滞摩擦系数等)的变化、摩擦阻力的非线性变化以及状态的观测噪声等的存在，给系统的精密控制带来了难度。

直线电机是将电能直接转换成直线运动的机械能的传动装置，不需要任何中间转换机构的直接驱动方式造成了外部干扰的直接扰动，直线电机具有非线性特性的摩擦力及纹波推力均随位置变化，使永磁同步直线电机成为一个强非线性系统。

滑模控制因响应速度快、对参数摄动及外部干扰有很强的鲁棒性，在直线电机及不确定非线性系统的控制上得到一定程度的应用。但是这种鲁棒性是建立在控制量高频抖振的基础上，并且切换控制时的不连续性加重了抖振程度。抖振会影响系统的控制精度，激发未建模高频动态特性，甚至使系统震荡或失稳，影响系统的控制性能，缩短系统的使用年限。而且，在实际系统中，当系统运动点到达滑模控制中的所定义的滑模面后，由于时间上的滞后，使得系统运动点很难严格地沿着滑模控制中的理论设计的光滑滑模面向着平衡点滑动，而是在滑模面两侧来回穿越，产生强烈的抖振，直接影响了电机伺服控制系统的平稳性和定位精度，增加了能量损耗。因此，由于抖振的原因，能够很好地抑制强干扰的滑模控制在实际系统中，尤其在高精度滑模控制系统的应用上，有一定的局限性。

常规的滑模控制，其控制策略是由控制偏差的比例加积分的常规控制与开关控制相结合的综合控制策略，开关控制的强行硬切换，使滑模控制具有了对扰动及参数变化不敏感的特性，在一定程度上能保证伺服系统的控制性能。但是滑模控制的开关控制的强行硬切换特性，造成自身的致命缺点——抖振，严重影响了控制系统的跟踪精度。

因此，需要开发有效的抖振消除控制方法，设计一种新的滑模控制，才能避免造成控制系统抖振或失稳，以提高直线电机滑模控制系统的稳定性和控制精度。

(三)发明内容

本发明的目的是设计一种直线电机滑模控制中系统抖振消除控制方法，在滑模控制中，设计了一种新趋近律，针对滑模控制中产生的抖振主要原因，在发明中，以带有死区(或缓冲区)的软开关特性的柔化迟滞函数为滑模控制中新的趋近律，新的滑模控制由控制偏差的比例加积分的常规控制与带有死区的柔化迟滞特性的软开关控制两部分组成，其中柔化迟滞特性的作用，减少系统在滞后区域中的切换频率，降低抖振幅度，实现抖振控制的消弱与消除，同时有效抑制了直线电机各种干扰，其控制方法结构简洁，工程实现方便。

本发明的另一目的是设计一种直线电机滑模控制中系统抖振消除控制装置，按上述本发明的直线电机滑模控制中的抖振消除控制方法，安装检测直线电机动子位移的位移传感器与信号处理器相联，根据电机动子实时位移数据，计算得到动子线圈驱动电压，保证控制系统稳定运行。

本发明的直线电机滑模控制中系统抖振消除控制方法是针对永磁同步直线电机，该电机有永磁定子，控制动子线圈上的电压，实现动子的直线运动。

永磁同步直线电机的数学表达式即状态方程如式i：