[发明专利]一种具有不等式约束的永磁直线电机鲁棒有界控制方法

权利要求书

1.一种具有不等式约束的永磁直线电机鲁棒有界控制方法，其特征在于，具体步骤为：

1)数据采集：实时采集待控制永磁直线电机运行的位置x，利用差分运算得到永磁直线电机的速度和加速度获得采集数据；

2)构建动力学模型：根据步骤1)的采集数据建立永磁直线电机系统的动力学建模；

3)设置有界控制条件：根据步骤2)中永磁直线电机系统的动力学建模设置永磁直线电机系统有界控制条件；

4)模型状态转换：对永磁直线电机的位置x、速度加速度进行状态转换，得到永磁直线电机系统转换后的动力学模型；

5)构建鲁棒控制器：对步骤4)中转换后的系统，采用鲁棒有界控制器进行控制，得到需要的控制输入，输入到原来的永磁直线电机系统中对永磁直线电机进行控制。

2.如权利要求1所述的一种具有不等式约束的永磁直线电机鲁棒有界控制方法，其特征在于，步骤2)中建立永磁直线电机系统的动力学建模的具体方法为：

建立永磁直线电机的动力学模型：

式(1)中，是直线电机的速度，直线电机的加速度，μ是控制输入，K_e是直线电机的反电动势，M为惯性负载和线圈组件质量，F_e表示系统的不确定性因素，F_e由载荷F_load、波纹力F_ripple、摩擦力F_fric、外部扰动F_d组成：

F_e＝F_load+F_ripple+F_fric+F_d (3)

式(2)中，m是运动推力块的质量，R为永磁直线电机任意两相之间的阻力，K_f表示马达产生的力；

式(3)中，摩擦力F_fric是与速度有关的非线性函数，可建模为：

式(4)中，B为等效粘性摩擦参数，为：

式(5)中，f_s为静摩擦系数，f_v 为粘滞摩擦系数，f_c为给定的库仑摩擦系数，为润滑剂参数；

则永磁直线电机的动力学模型也可写为：

F_e＝F_load+F_ripple+F_fricn+F_d (7) 。

3.如权利要求2所述的一种具有不等式约束的永磁直线电机鲁棒有界控制方法，其特征在于，步骤3)中设置永磁直线电机有界控制条件的具体方法为：

设置限定条件：

|F_load+F_ripple+F_d|f_lm (9)

式(8)、(9)中，f_fM、f_lm均为预设的上限值，f_fM用于限定摩擦力有界，f_lm用于确定F_load、F_ripple、F_d之和的有界；

通过(8)、(9)得到永磁直线电机不确定性的有界。

4.如权利要求3所述的一种具有不等式约束的永磁直线电机鲁棒有界控制方法，其特征在于，步骤4)中对动力学模型进行动态转换的具体方法为：

电机的行程的约束为x_mxx_M，电机的控制变量为y，其中-∞y∞，则有：

式(10)中，x_m为永磁直线电机位移的下界，x_M为永磁直线电机位移的上界；

对式(10)进行反解，分别求出直线电机的位置x、速度加速度

将上述位置x、速度加速度代入动力学方程中，得到以y为控制变量的动力学方程：

5.如权利要求4所述的一种具有不等式约束的永磁直线电机鲁棒有界控制方法，其特征在于，步骤5)中动态转换后的动力学模型构建鲁棒控制器的具体方法为：

计算永磁直线电机的位置跟踪误差e(t)、速度误差

e(t)＝y(t)-y^d(t) (15)

式(15)、(16)中，y(t)为转换后的系统中直线电机的实际位置，y^d(t)为转换后的系统中直线电机的期望位置；

令

则其鲁棒控制器为：

式(15)中，为：

式(18)、(19)中，为鲁棒项用于处理永磁直线电机系统的不确定性，为给定的有下界函数，S为鲁棒项控制参数，ε为由实际情况确定的实数；

定义φ(e,e,t)为描述系统不确定性的函数，由于系统不确定性是有界的，即