[发明专利]一种反步控制协同ESO的直线电机控制方法

权利要求书

1.一种反步控制协同ESO的直线电机控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1，建立永磁直线电机的数学模型；

步骤2，设计扩张状态观测器；

步骤3，设计位置反步控制器；

设计位置反步控制器的具体步骤为：

e₁＝x-x_r (8)

其中x为反馈位置，x_r为给定位置，选择e₁为第一个子系统的虚拟状态变量

选择e₁为第一个子系统的虚拟状态变量，对e₁求导可得：

定义虚拟给定量

其中c₁＞0，

定义

e₂＝v-v_r (11)

其中，v为反馈速度，

根据公式构造Lyapunov函数如下：

对V₁求导得：

将(9)带入(13)中得：

要使则需e₂＝0，但一般情况下e₂≠0，因此，需要进行下一步设计；

步骤4，设计速度反步控制器；

设计速度反步控制器的具体步骤为：

定义Lyapunov函数：

由于

则

为使选择虚拟控制函数：

其中，ψ_pm为转子永磁体磁链，n_p为电机极对数，

m、τ为动子质量、极距，F_l为负载的阻力及外界的扰动，

i_d、i_q为定子反馈电流在d-q轴上的分量，

其中c₂为大于零的正整数，则

由公式(19)可知，要让e₂渐进稳定就得e_q＝0，但是正常情况下，e_q≠0必须进一步考虑虚拟反馈电压u_d、u_q，所以还需要进行下一步设计；

步骤5，根据步骤1，步骤4得到的永磁直线电机的数学模型、速度反步控制器进一步设计电流反步控制器，实现电机的高性能控制，

为了实现PMLSM电流解耦控制以及速度跟踪，设计第三个子系统，选择虚拟给定电流如下：

电流误差变量

定义Lyapunov函数

对(24)式求导可得：

为使(25)式满足设计：

其中c₃＞0，

式中：

L、R、ψ_pm为定子电感、定子电阻、转子永磁体磁链，

n_p为电机极对数，

m、τ为动子质量、极距，

v为反馈速度，F_l为负载的阻力及外界的扰动，

i_d、i_q、u_d、u_q为定子反馈电流、定子反馈电压在d-q轴上的分量，

其中c₄＞0，则

因此，电流误差e_d、e_q趋近于零，

由式(28)可以看出，反步控制展现了PMLSM良好的位置跟踪、速度跟踪和电流跟踪能力，提高了系统的响应速度，使系统具有很强的鲁棒性。