[发明专利]一种磁阻式磁力丝杠自动门系统及其定位方法

权利要求书

1.一种用于磁阻式磁力丝杠自动门系统的定位方法，其特征在于，该磁阻式磁力丝杠自动门系统，包括悬挂门板、控制机构、执行机构、滑动导轨和限位机构，执行机构包括磁力丝杠，磁力丝杠将旋转运动转化成直线运动，悬挂门板与磁力丝杠固定连接，控制机构控制执行机构带动悬挂门板沿滑动导轨直线往复运动，限位机构位于滑动导轨两端，用于限定悬挂门板的直线运动行程；定位方法包括以下步骤：

(1)设计标准位置控制器

通过分析永磁同步电机数学模型，得到永磁同步电机位置环模型，设计出标准位置控制器；具体的：

永磁同步电机数学模型为：

其中，i_d、i_q分别为电机d轴、q轴电流，u_d、u_q分别为电机d轴、q轴电压，n_p为电机极对数，R为定子电阻，L为定子电感，K_t为转矩系数，ω为电机角速度，B为粘滞摩擦系数，J为电机转动惯量，T_L为负载转矩；

由永磁同步电机数学模型可得永磁同步电机速度环模型，即重构的被控对象估计模型为：

其中，表示外部干扰以及永磁同步电机电流环跟踪误差，K_t表示永磁同步电机的转矩常数，ω表示永磁同步电机角速度，表示永磁同步电机角速度的一阶导数，B表示粘性摩擦系数，i_q表示电机q轴电流，i_q^*表示电机q轴电流参考值，J表示永磁同步电机转动惯量，T_L表示负载转矩；

由于位置环带宽比速度环的带宽小的多，所以在研究位置环时，可以把速度环看作一阶惯性环节；将速度闭环的传递函数简化为一阶惯性环节，如下式所示：

其中，τ_s＝1/ω_s；

因此，得到速度闭环的传递函数为：

其中，K_nf＝1/n₀，n₀为电机的额定转速；

位置反馈环节分为检测和采样，因此，位置反馈环节等效为：

其中，K_pf＝1，τ_pf的值根据采样的延时来确定；

永磁同步电机位置环的数学模型如下所示，其中θ为电机转子的位置，为电机转子角速度：

位置P调节器的传递函数如下式所示，即为标准位置控制器；

G_pp(s)＝K_pp；

式中，K_pp为位置环比例增益；

(2)基于步骤(1)所设计的标准位置控制器，根据迭代学习控制原理，设计位置迭代控制器；具体的：

在步骤(1)中所设计的标准位置控制器的基础上使用迭代学习，形成迭代学习位置控制器；永磁同步电机的状态方程式为：

其中，x₁为转子电角度；x₂为转子电角速度；u(t)为控制量；ω(t)为系统有界的不确定性干扰，简化为：

其中，C＝[1 1]；

离散时间的闭环迭代学习方法表示如下：

u_k+1(t)＝u_k(t)+L(t)e_k+1(t)；

其中，k为迭代次数；e_k+1(t)为输出误差；L(t)为学习律函数，通过选择合适的学习律，使得当k趋于无穷时，实际位置轨迹y_k(t)趋近于y_d(t)；

(3)采用步骤(2)设计的位置迭代控制器对磁阻式磁力丝杠自动门系统进行定位。

2.根据权利要求1所述的一种用于磁阻式磁力丝杠自动门系统的定位方法，其特征在于，执行机构还包括旋转电机和固定座，磁力丝杠包括外动子和内转子，外动子同轴套设在内转子上，并与内转子间存在间隙，外动子与悬挂门板刚性连接；内转子的一端与旋转电机的输出轴连接，另一端与固定座连接；磁力丝杠将旋转电机的旋转运动转化成悬挂门板的直线运动。