[发明专利]一种直线电机驱动FTS基于ESO滑模改进重复控制方法

权利要求书

1.一种直线电机驱动快速刀具伺服系统基于扩张状态观测器滑模改进重复控制方法，包括基于扩张状态观测器的滑模控制和一种改进重复控制，其特征在于：该方法用扩张状态观测器观测出系统的状态及系统内外总扰动，根据系统状态设计滑模面，并且将观测到的扰动加入到控制率中，使滑模控制不但具有强鲁棒性，也提高控制的精度，并且在控制系统中加入重复控制，实现对周期性信号的良好跟踪以及对周期性扰动的有效抑制的设计，本方法的整个控制系统硬件包括主电路、控制电路和控制对象三部分，控制电路包括DSP处理器、电流采样电路、动子位置采样电路、IPM隔离驱动电路和IPM保护电路，主电路包括调压电路、整流滤波单元和IPM逆变单元，被控对象为三相永磁直线同步电机，机身装有光栅尺；

根据快速刀具伺服系统给定位置信号和扩张状态观测器观测的系统状态相减得到误差量，以这个误差量设计滑模面：

滑模面设计：

其中，和为扩张状态观测器观测到位置量与速度量，为位置误差，为速度误差；x_d为参考输入信号，为参考信号的微分信号，λ0为正常数；

根据设计的扩张状态观测器，观测出系统的状态及内外扰动k₁、k₂和k₃均为正常数；y＝Cx＝x₁表示系统实际输出，即系统实际位置，b为由系统参数确定的常数，其中M为动子及其所带负载总质量，K_f为直线电机推力系数，Δ为常数且Δ＞0；u＝i_q为控制输入，i_q为交轴电流。

2.根据权利要求1所述的一种直线电机驱动快速刀具伺服系统基于扩张状态观测器滑模改进重复控制方法，其特征在于：在滑模控制率中加入了扩张状态观测器观测到的系统内外总扰动，提高了控制的精度；

控制律设计：

其中，λ＞0，η为常数且η＞0，为观测器观测到的内外扰动；为参考输入信号的二阶导数；

滑模控制率中使用一种逼近函数来替代符号函数以削弱滑模固有的抖振；

φ取0.01。

3.根据权利要求1所述的一种直线电机驱动快速刀具伺服系统基于扩张状态观测器滑模改进重复控制方法，其特征在于：重复控制利用内模原理将系统外部信号的数学模型嵌入到内部控制环节中实现对外部周期性信号和干扰进行高精度跟踪及抑制；

其中，Q(s)为二阶低通滤波器；为加入补偿项的延迟环节，T_d为参考输入信号的周期，τ为超前补偿周期；s为控制信号由时域经拉斯变换到复数域时引入的复参数；H(s)为重复控制器。

4.根据权利要求3所述的一种直线电机驱动快速刀具伺服系统基于扩张状态观测器滑模改进重复控制方法，其特征在于：为了改善并保证闭环系统的稳定性，重复控制器引入二阶低通器：

其中，ω_q为截止频率，ξ为阻尼系数。