[发明专利]直线电机点到点定位装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种直线电机点到点定位装置及方法，具体涉及一种基于扩张 状态观测时间最优控制器的直线电机点到点定位装置及方法，属于直线电机运 动控制技术领域。

背景技术

直线电机，又称“电磁直线执行器”，属于“直接驱动执行器”范畴。直线 电机取消了中间传动环节，具有结构简单、响应快、精度和效率高等优点，有 利于实现高速高精度点到点定位运动和高精度轨迹跟踪直线运动性能，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。

直线电机系统由于缺少中间传动环节的缓冲作用，因此更容易受到系统参 数变化、摩擦力、负载扰动力等系统非线性因素和不确定干扰的影响，给直线 电机的高精度点到点定位控制带来很大的难度。

为实现直线电机的高精度点到点定位控制，各种先进的控制算法被用来进 行直线电机的运动控制研究，较具代表性的有重复迭代学习控制、自适应鲁棒 控制和带前馈的比例积分微分控制等。其中带前馈的比例积分微分控制具有系 统实现简单、参数调节方便和不需要精确的系统模型等优点，但其抑制和抵抗 系统非线性因素和不确定干扰的能力不强，无法较好地实现直线电机高速高精 度点到点定位控制性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种直线电机点到点定位装置及方 法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

直线电机点到点定位装置，包括基于扩张状态观测时间最优控制器、第一 求差电路、电流控制器、功率驱动放大器、电流传感器和位移传感器；所述基 于扩张状态观测时间最优控制器的输入端为所述装置的输入端，所述基于扩张 状态观测时间最优控制器的输出端与第一求差电路的输入端连接，所述第一求 差电路的输出端与电流控制器的输入端连接，所述电流控制器的输出端与功率 驱动放大器的输入端连接，所述功率驱动放大器的输出端外接直线电机，所述 电流传感器的输入端与功率驱动放大器的输出端连接，所述电流传感器的输出 端与第一求差电路的输入端连接，所述位移传感器的输入端外接直线电机，所 述位移传感器的输出端与基于扩张状态观测时间最优控制器的输入端连接。

所述基于扩张状态观测时间最优控制器包括时间最优控制器、第二求差电 路和扩张状态观测器；所述时间最优控制器的输入端为所述基于扩张状态观测 时间最优控制器的输入端，所述时间最优控制器的输出端与第二求差电路的输 入端连接，所述第二求差电路的输出端为所述基于扩张状态观测时间最优控制 器的输出端，所述扩张状态观测器的输入端分别与第二求差电路的输出端以及 位移传感器的输出端连接，所述扩张状态观测器的输出端分别与时间最优控制 器的输入端以及第二求差电路的输入端连接。

直线电机点到点定位装置的定位方法，包括以下步骤：

步骤1，电流传感器采集直线电机的实际动子电流i；

步骤2，位移传感器采集直线电机的实际运动位移x；

步骤3，基于扩张状态观测时间最优控制器接收直线电机的目标位置y_d和 实际运动位移x，输出中间控制量u₁；

步骤4，第一求差电路接收中间控制量u₁和实际动子电流i，将中间控制量u₁和实际动子电流i比较后的误差值e发送到电流控制器处理，电流控制器输出实 际电压控制量u；

步骤5，功率驱动放大器接收实际电压控制量u，控制直线电机的运行。

基于扩张状态观测时间最优控制器的处理过程为，

A1)扩张状态观测器计算直线电机实际运动位移的估计值z₁、直线电机实 际运动速度的估计值z₂和系统总和扰动的估计值z₃；

具体计算公式为，