[发明专利]永磁直线同步电机驱动悬浮平台的直接解耦控制方法

说明书

技术领域

本发明属于高精密数控加工和控制技术领域，涉及一种用二阶滑模直接解耦控制方法来提高永磁同步电机(PMLSM)驱动悬浮平台的定位精度，具体涉及一种永磁直线同步电机驱动悬浮平台的直接解耦控制方法。

背景技术

现代制造技术正朝着高速化、精密化和模块化方向发展，信息等高新技术制造业不仅对加工设备性能如定位的精度和速度提出了越来越高的要求，而且对生产制作环境同样提出了越来越严格的要求，如光电子器件、半导体芯片等微电子产品均要求在超洁净环境下完成加工制作。

直线电机的应用取消了源动力和工作台部件之间的所有中间传动联结环节，实现了机构的直接驱动，亦即人们常说的零传动，具有传统定位工作台无法比拟的优点。由于摩擦产生粉尘污染、引起磨损等原因，这些定位工作台已经不能完全满足微电子、IT等行业产品超洁净制作环境的要求。

PMLSM悬浮平台不仅继承了直线电机零传动的优点，并且利用法向力实现动子悬浮。消除了水平方向运动的摩擦，大大减小的粉尘的产生，因此在微加工领域如半导体微细加工、电路板制造、微组装系统、光刻等场合有很好的应用前景。但是，由于水平推力和竖直法向力之间存在非线性耦合，加上负载扰动和参数不确定性等因素影响了系统的定位精度，因此对控制系统的设计提出了更高的要求。

现有的控制系统是加入反馈线性化(FL)模块将对PMLSM悬浮平台进行解耦，将其等效成SISO系统之后对其进行定位控制，但这种方法对被控对象的参数具有很强的依赖性，抗干扰能力差。本发明的控制方法不加入反馈线性化等独立的解耦模块，而是利用二阶滑模自身可以解耦的特性对水平推力和法向力进行直接解耦控制，因此降低了控制器对被控对象模型参数的依赖性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种永磁直线同步电机驱动悬浮平台的直接解耦控制方法。

本发明方法所采用的控制系统以一台单边有铁心永磁直线电机作为驱动，利用永磁体作为动子，线圈绕组作为定子，平行于水平轴的水平推力驱动水平方向上的运动，平行于竖直轴的法向力驱动竖直方向的运动。该控制系统包括DSP、整流滤波电路、IPM功率转换模块、电流传感器、光栅尺、光电耦合隔离电路、晶振电路、电源电路和PMLSM悬浮平台。

悬浮平台的定子位置、速度以及电流通过光栅尺和传感器测出，并将信号传达至DSP处理器，经DSP处理运算后得到控制输入对电机进行控制。

传感器从永磁同步电机采集电流，传感器输出端至DSP的A/D转换端口，PMLSM悬浮平台接有光栅尺，光栅尺输出端接至DSP的QEP端口，DSP通过JTAG与上位机建立通信，DSP的PWM端口连接光电耦合隔离电路输入端，光电耦合隔离电路输出端连接IPM功率转换模块输入端，整流滤波电路接入IPM功率转换模块，IPM功率转换模块输出端接至PMLSM悬浮平台。

永磁直线同步电机驱动悬浮平台的直接解耦控制方法，具体包括如下步骤：

步骤1：采集永磁直线同步电机悬浮平台的实际位置、速度和电流信息；

通过光栅尺实时检测PMLSM悬浮平台的实际位置y＝[x₁，x₃]^T并输入到DSP中，在DSP中计算出实际速度信号电流传感器实时采集系统电流信号，并输出至DSP中；

为了得出其状态空间方程建立如图1所示的惯性坐标系，其中，d为动子相对定子水平方向位移，σ为气隙长度，h_m为永磁体高度，t₁为槽距，b₀为槽径，τ为PM的极距，τ_p为永磁体极弧，L_A为每相永磁体沿Y轴的深度，p_m为永磁体的个数，μ_rec为相对磁导率，σ_m为永磁体表面磁荷密度，ω_c为线圈间距，k_ω1为绕组系数，W为电枢每相绕线砸数，p为定子极对数。考虑到定子齿槽的影响，用有效气隙σ_e代替气隙σ，σ_e＝K_c(σ)σ，其中K_c代表卡特系数，其表达式为