[发明专利]一种永磁直线同步电机速度跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁直线同步电机速度跟踪控制方法，包括以下步骤：S100、构建dq坐标系永磁直线同步电机模型；S200、将dq坐标系永磁直线同步电机模型转换为速度环、q轴电流环、d轴电流环三个子系统；S300、利用速度环、q轴电流环、d轴电流环设计改进的扩展状态观测器；S400、基于上述改进的扩展状态观测器设计速度跟踪控制器、电流环控制器，并根据速度跟踪误差反馈，实现速度跟踪控制。本发明以永磁直线同步电机作为控制对象，设计一种新的改进型扩张状态控制器，并基于该扩张状态观测器设计反馈控制器，通过选择合适的观测器和控制器参数保证其收敛性和稳定性，达到期望的控制性能，实现速度跟踪控制。

技术领域

本发明属于电机伺服及控制技术领域，具体涉及一种永磁直线同步电机速度跟踪控制方法。

背景技术

直线电机系统通常需要对系统速度精确控制，因此对于速度信号的获取以及速度控制提出了较高的要求，一方面要保证一定的准确性，同时对实时性也提出了较高的要求。速度是距离的微分信号，反应系统的动态特性，一般系统微分信号难以直接测量，采用经典微分器得到微分信号同时放大了系统噪声，再结合滤波器作用，但滤波器抑制噪声能力有限且会损失信号相位信息，因此基于微分信号的控制难以真正物理实现。

扩展状态观测器是中国科学院数学所韩京清研究员首先研究提出的一种观测器，扩张状态观测器根据被控对象的输入输出信号准确估计其他系统状态信号以及未知扰动，包括系统未知和不确定部分以及施加于被控对象上的所有扰动。结合扩展状态观测器设计控制器，可以对未知扰动进行观测和补偿，把被控对象改造为积分器串联型线性系统标准形式，从而实现动态非线性系统的反馈线性化，再利用高效的状态误差反馈实现被控对象的自抗扰控制。扩展状态观测器可以不需要被控对象准确的数学模型，具有很强的鲁棒性和工程实用价值。自抗扰控制由于其优异的抗扰性、鲁棒性且不依赖系统模型，得到了广泛的研究和应用，并且总结了一些参数选择的规律。但是，关于扩张状态观测器和自抗扰控制的理论研究还是相对较少。特别是关于扩张状态观测器收敛性和自抗扰控制稳定性严格的分析证明，以及参数对扩张状态观测器收敛性和自抗扰控制稳定性的影响还鲜有涉及。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足而提供一种永磁直线同步电机速度跟踪控制方法，其以永磁直线同步电机作为控制对象，设计一种新的改进型扩张状态控制器，并基于该扩张状态观测器设计反馈控制器，通过选择合适的观测器和控制器参数保证其收敛性和稳定性，达到期望的控制性能，实现速度跟踪控制。

本发明的目的通过以下技术方案实现：提供一种永磁直线同步电机速度跟踪控制方法，包括以下步骤：

S100、构建dq坐标系永磁直线同步电机模型；

S200、将dq坐标系永磁直线同步电机模型转换为速度环、q轴电流环、d轴电流环三个子系统；

S300、利用速度环、q轴电流环、d轴电流环设计改进的扩展状态观测器；

S400、基于上述改进的扩展状态观测器设计速度跟踪控制器、电流环控制器，并根据速度跟踪误差反馈，实现速度跟踪控制。

作为进一步的改进，所述步骤S100中dq坐标系永磁直线同步电机模型的表达式为：

式中，i_d为d轴定子电流，i_q为q轴定子电流，v为永磁直线同步电机速度，分别为i_d、i_q、v的一阶微分，u_d为d轴定子电压，u_q为q轴定子电压，R为永磁直线同步电机定子绕组电阻，τ为永磁直线同步电机极距，L_d为d轴定子电感，L_q为q轴定子电感，ψ_f为磁体磁链,m为动子重量，B为粘滞系数，F_w为其他阻力和扰动，n_p为极对数。