[发明专利]直线电机精密轨迹跟踪装置及方法

说明书

本发明公开了一种直线电机精密轨迹跟踪装置，包括分数阶自抗扰控制器、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；分数阶自抗扰控制器包括加速度前馈电路、第二求差电路、第三求差电路、分数阶控制器、求和电路和扩张状态观测器。同时也公开了该装置的跟踪方法。本发明在普通自抗扰控制器的基础上引入加速度前馈电路和分数阶控制器，形成分数阶自抗扰控制器，与普通自抗扰控制器相比，分数阶自抗扰控制器能有效抑制系统非线性因素和不确定干扰对系统性能的影响，实现直线电机精密轨迹跟踪控制性能。

技术领域

本发明涉及一种直线电机精密轨迹跟踪装置及方法，具体涉及一种基于分数阶自抗扰控制器的直线电机精密轨迹跟踪装置及方法，属于直线电机运动控制技术领域。

背景技术

直线电机与传统旋转电机相比，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，有利于实现高速或低速、高精度等高性能直线运动，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。

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因素影响，尤其是系统非线性因素和不确定干扰，给直线电机的精密轨迹跟踪控制增加很大的难度。

近年来，越来越多的先进控制算法被引入到直线电机的运动控制研究中，来获得良好的控制性能，如迭代学习控制、自适应鲁棒控制和自抗扰控制等，其中自抗扰控制以其实用性强、鲁棒性好和不依赖精确的系统模型等优点引起越来越多研究人员的重视。但现有技术中，普通自抗扰控制器的最大优势只在于抵抗系统扰动能力强，而轨迹跟踪控制精度不高，无法较好地实现直线电机精密轨迹跟踪控制。

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精密轨迹跟踪装置及方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

直线电机精密轨迹跟踪装置，包括分数阶自抗扰控制器、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；所述分数阶自抗扰控制器的输入端为所述装置的输入端，所述分数阶自抗扰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分数阶自抗扰控制器的输入端连接。

所述分数阶自抗扰控制器包括加速度前馈电路、第二求差电路、第三求差电路、分数阶控制器、求和电路和扩张状态观测器；所述第二求差电路的输入端为所述分数阶自抗扰控制器的输入端，所述第二求差电路的输出端与分数阶控制器的输入端连接，所述分数阶控制器的输出端与求和电路的输入端连接，所述求和电路的输出端为所述分数阶自抗扰控制器的输出端，所述加速度前馈电路的输入端与第二求差电路的输入端连接，所述加速度前馈电路的输出端与第三求差电路的输入端连接，所述第三求差电路的输出端与求和电路的输入端连接，所述扩张状态观测器的输入端分别与求和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与第三求差电路的输入端连接，所述第二求差电路的输入端还与位移传感器的输出端连接。

直线电机精密轨迹跟踪装置的跟踪方法，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，分数阶自抗扰控制器接收被跟踪的直线电机的目标轨迹x_d和实际运动位移x，输出中间控制量u₁；