[实用新型]基于改进型自抗扰控制器的直线电机轨迹跟踪装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于改进型自抗扰控制器的直线电机轨迹跟踪控制装置，属于直线电机运动控制技术领域。

背景技术

直线电机具有结构简单、响应快、精度和效率高等突出优点，在现代工业、民用、医疗、交通和军事等领域具有广泛的应用前景。

由于直线电机取消了中间传动环节，因此有利于实现高速或低速、高精度的直线运动。但也正是由于缺少中间传动环节的缓冲作用，直线电机更容易受到系统参数变化、摩擦力和负载扰动力等干扰因素的影响，给直线电机的轨迹跟踪运动控制带来很大的难度。

为获得良好的运动性能，越来越多的先进控制策略被引入到直线电机的控制研究中，如自适应鲁棒控制、重复学习控制和自抗扰控制等，其中自抗扰控制以其抗扰能力强、实现简单和不依赖精确的数学模型等优点受到研究人员的重视，但现有技术中，由于常规自抗扰控制器的重点在于自动抵抗扰动的影响，而不包含提高轨迹跟踪精度的环节，因此常规自抗扰控制器轨迹跟踪精度不高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够在直线电机控制系统存在参数摄动、外部扰动情况下，实现对直线电机的高精度轨迹跟踪控制，并克服常规自抗扰控制器轨迹跟踪精度不高问题的基于改进型自抗扰控制器的直线电机轨迹跟踪控制装置及方法。

本实用新型采用如下技术方案解决上述技术问题：

基于改进型自抗扰控制器的直线电机轨迹跟踪装置，包括改进型自抗扰控制器、第一比较模块、电流控制器、脉冲宽度调制器、功率逆变器、直线电机、电流传感器、位移传感器。

改进型自抗扰控制器、第一比较模块、电流控制器、脉冲宽度调制器、功率逆变器、直线电机、位移传感器依次顺序连接，位移传感器与改进型自抗扰控制器相连接，第一比较模块通过电流传感器与功率逆变器相连接。

改进型自抗扰控制器包括一阶微分器、二阶微分器、第二比较模块、第三比较模块、比例微分控制器、扩张状态观测器和求和模块；二阶微分器、第三比较模块、求和模块、扩张状态观测器、第二比较模块、比例微分控制器依次顺序连接，比例微分控制器与求和模块相连接，扩张状态观测器与第三比较模块相连接，一阶微分器与第二比较模块相连接，直线电机的轨迹信号同时发送到一阶微分器和二阶微分器。

扩张状态观测器包括三个信号输出端，比例微分控制器包括两个信号输入端，第二比较模块包括四个输入端和两个输出端，第二比较模块的四个输入端分别接收被跟踪的直线电机的目标轨迹、一阶微分器的输出信号和扩张状态观测器的其中两个输出信号(扩张状态观测器输出的直线电机实际运动位移的估计值和直线电机实际运动速度的估计值)。

第二比较模块的两个输出端分别与比例微分控制器的两个信号输入端相连接；一阶微分器、二阶微分器的输入端用于接收直线电机的目标轨迹。

本实用新型所达到的有益效果：本实用新型设计了一种基于改进型自抗扰控制器的直线电机轨迹跟踪控制装置，在常规自抗扰控制器的基础上，增加了目标轨迹的二阶微分器(也即目标加速度信号)，并将二阶微分器输出量与比例微分控制器的控制量进行组合，通过求和模块形成新的中间控制量，与常规自抗扰控制器相比，改进型自抗扰控制器不但有效地抑制系统参数摄动和外部扰动对控制系统性能的影响，还能大大提高直线电机的轨迹跟踪精度。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是本实用新型中正弦轨迹跟踪误差对比图；

图3是本实用新型中对系统参数摄动的抑制能力对比图；

图4是本实用新型中对外部扰动的抑制能力对比图；

图5是本实用新型中对总和扰动的估计及其误差图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

如图1所示，基于改进型自抗扰控制器的直线电机轨迹跟踪装置，包括改进型自抗扰控制器、第一比较模块、电流控制器、脉冲宽度调制器、功率逆变器、直线电机、电流传感器、位移传感器。

所述改进型自抗扰控制器、第一比较模块、电流控制器、脉冲宽度调制器、功率逆变器、直线电机、位移传感器依次顺序连接，所述位移传感器与改进型自抗扰控制器相连接，所述第一比较模块通过电流传感器与功率逆变器相连接。