[发明专利]基于高阶滑模算法的直线永磁电机位置伺服系统

说明书

本发明提供一种基于高阶滑模算法的直线永磁电机位置伺服系统：包括滑模控制器、谐振抑制模块、陷波滤波器、低通滤波器、电流环PI控制器、PARK变换模块、空间矢量控制模块、逆变器、Clark变换模块、PARK逆变换模块和带有位置光栅尺的直线电机；由于去掉了速度闭环这个大惯性延迟环节，本发明用位置‑电流双环控制结构代替传统三环控制结构，能够提高系统的响应速度，并具有较好的动态性能。采用了高阶滑模控制器能够明显削弱抖振现象并保证滑模控制的精度，且能进一步提升系统的动态特性和鲁棒性能。

技术领域

本发明涉及一种基于直线永磁电动机的位置伺服控制方法，尤其是一种高性能直接驱动位置伺服系统及方法。

背景技术

永磁直线同步电机更是具有功率密度高、推力-体积比高、动态性能良好等优点，能够实现直接高速驱动，避免了间接机械传动装置传动中的反向间隙、惯性、摩擦力和刚度不足等缺点，可获得高速、高精度移动性能并具有极好的稳态和动态性能，非常适用于直线直驱式系统。随着智能装备制造和自动控制技术的发展，具有响应快、精确度高、过载能力高等优点的基于直线永磁同步电机的位置伺服系统作为执行部件逐渐被广泛应用于工业生产中的直接驱动设备上，如数控机床，半导体生产、机器人、XY平台驱动等领域。对于高速高精度直线位置伺服系统而言，高性能高响应的控制方法是关键技术之一。

高性能位置伺服系统对系统位置响应的动态性能要求很高，传统位置伺服由位置闭环作为外环、速度闭环作为中间环、电流闭环作为内环的三闭环组成，速度闭环作为控制结构中的串联环节降低了系统位置调节的动态响应性能，且提高了整个系统的阶数，增加了系统的调试难度。采用去掉速度闭环环节的两环位置伺服，由于少了速度闭环这个大惯性延迟环节，对位置命令变化的反应速度更快，动态性能更好，适合于永磁直线伺服电机的直驱式位置控制。采用两环系统后，位置控制器的输出就是电流环的给定量，伺服系统的性能会受到电参数和外部扰动的影响，本发明将高阶滑模算法引入到两环系统的位置控制器中，其中设计的滑模控制器对电参数变化不敏感，且能够抑制负载扰动。高阶滑模控制算法是传统滑模的扩展，不是将不连续函数作用与滑模量的一阶导数上，而是作用于滑模量的二阶导数上，可以显削弱抖动现象，具有算法简单、鲁棒性强且容易实现的特点。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效的基于高阶滑模算法的直线永磁电机位置伺服系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于高阶滑模算法的直线永磁电机位置伺服系统：包括滑模控制器、谐振抑制模块、陷波滤波器、低通滤波器、电流环PI控制器、PARK变换模块、空间矢量控制模块、逆变器、Clark变换模块、PARK逆变换模块和带有位置光栅尺的直线电机；

通过上位系统将给定位置指令p^*发送给谐振抑制模块和第一减法器；

直线电机通过位置光栅尺输出p_b信号到第一减法器；直线电机输出两相定子电流i_a和i_b到Clark变换模块；

谐振抑制模块根据给定位置指令p^*；运算得到平滑后的指令位置p_f，并将平滑后的指令位置p_f发送到第二减法器；

第一减法器根据给定位置指令p^*和p_b信号，运算得到误差信号p^*-p_b，并将误差信号p^*-p_b发送给第二减法器；第一减法器的运算方法为给定位置指令p^*减去p_b信号；