[发明专利]一种永磁直线同步电机双时间尺度滑模控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种永磁直线同步电机双时间尺度滑模控制系统及方法，属于直线电机控制领域。首先建立永磁直线同步电机在两相旋转正交坐标系中的数学模型；其次，将其建立为永磁直线同步电机双时间尺度模型；然后，为了提高系统对外部扰动的鲁棒性，采用准滑动模态方法和趋近律方法分别设计快、慢子系统对应的滑模控制律，然后将两个子系统的时标统一，合成得到永磁直线同步电动机的组合控制律。最后，应用李雅普诺夫稳定性理论分析了系统的稳定性。本发明最重要的特征是设计的双时间尺度滑模控制器使永磁直线同步电机被控系统具有更好的静态性能和良好快速的动态性能，而且使系统对外部扰动具有很强的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种永磁直线同步电机双时间尺度滑模控制系统及方法，属直线同步电机控制技术领域。

背景技术

永磁直线同步电机作为一种直线感应电机，除了具备直线电机自身的优良长处之外，还具有转动惯量低、体积重量小、效率高、易于维护、可靠性高等优点，普遍应用于高精密交流伺服系统之中。虽然直线电机相较于传统的旋转电机具有特殊的优势，但它却与旋转电机相似，也是一个高耦合、多变量、非线性以及时变性的复杂控制对象，另外在实际应用中受到推力波动和摩擦力等非线性因素的影响，对不同程度的外部干扰的抵抗能力较弱，给控制策略的研究带来的极大的难度。想要大幅度提升永磁直线同步电机的控制性能和精度，传统的控制策略已经难以满足永磁直线同步电机控制系统的性能要求，所以研究新的控制方法是十分有意义的，目前,最常用的控制策略为经典控制领域的PID闭环控制,这种传统的控制系统动态响应速度慢且控制精度较差。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种永磁直线同步电机双时间尺度滑模控制系统及方法，可有效地提高控制系统的动态响应速度快、同时对参数摄动及外部扰动鲁棒性强、并且易于设计与实现。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种永磁直线同步电机双时间尺度滑模控制系统，包括慢子系统滑模面模块及快子系统滑模面模块，所述慢子系统滑模面模块通过慢子系统滑模控制律模块连接有组合控制律模块；所述快子系统滑模面模块通过快子系统滑模控制律模块连接有组合控制律模块；组合控制律模块连接有永磁直线同步电机，所述永磁直线同步电机还连接有外界干扰信号，所述永磁直线同步电机连接至慢子系统滑模面模块，将永磁直线同步电机的实际速度与给定速度的误差信号传输至慢子系统滑模面模块；所述永磁直线同步电机通过快变量估计模块连接至快子系统滑模面模块，将永磁直线同步电机的电流id、iq传输至快变量估计模块，通过快变量估计模块与慢变电流分量ids、iqs相减得到的快变电流分量idf、iqf传输至快子系统滑模面模块。

一种永磁直线同步电机双时间尺度滑模控制系统的控制方法，包括以下步骤：

A、建立数学模型；

B、建立双时间尺度模型；

C、设计滑模控制律；

D、合成组合控制器；

E、稳定性分析。

本发明的有益效果是：本控制系统对干扰具有极强的鲁棒性,能够实现对给定速度信号的准确跟踪；永磁直线同步电机模型经奇异摄动分解成快慢子系统，滑模控制器分别采用准滑动模态方法和趋近律方法,滑模控制固有的抖振现象得到极大地改善,且控制系统进入稳态后,控制量的大小接近零。

附图说明

图1为本发明的永磁直线同步电机基本工作原理图；

图2为一种永磁直线同步电机双时间尺度滑模控制系统框图；

图3为本发明的双时间尺度滑模控制和PID控制的速度响应曲线对比示意图；

图4为本发明的双时间尺度控制与一般滑模控制的速度响应曲线对比示意图；

图5为本发明的双时间尺度滑模控制的电磁波推力曲线示意图；