[发明专利]基于趋近律和扰动补偿的永磁同步直线电机滑模控制方法

说明书

本发明涉及一种基于趋近律和扰动补偿的永磁同步直线电机滑模控制方法。其包括：在永磁同步直线电机的速度控制环，配置用于进行速度控制的滑模速度控制器以及用于观测速度控制时扰动的滑模扰动观测器，滑模扰动观测器将所观测的扰动观测值前馈补偿至所述滑模速度控制器内，滑模速度控制器基于动子速度给定值vsupgt;*/supgt;、动子速度实际值v以及滑模扰动观测器前馈的扰动观测值生成永磁同步直线电机q轴的给定电流其中，进行速度控制时，在滑模速度控制器内配置速度滑模面的趋近律。本发明基于趋近律和扰动补偿的滑模控制，有效提高响应速度，削弱抖振，降低扰动的影响，使得永磁同步直线电机具有较好的静态与动态性能。

技术领域

本发明涉及一种滑模控制方法，尤其是一种基于趋近律和扰动补偿的永磁同步直线电机滑模控制方法。

背景技术

永磁同步直线电机具有结构简单、推力密度大、机械损耗小、精度高、效率高和动态响应快的特点，因此，在高档数控机床、光刻机、物流传输等高精密工业生产领域，对以永磁同步直线电机为代表的直驱系统，具有广阔的应用前景。

永磁同步直线电机是一个复杂的非线性、强耦合、多变量系统，其物理结构存在齿槽效应、边端效应以及饱和效应，并且在运行过程中，会出现温升参数变化和外部不确定扰动的影响，因此，需要设计合理的控制策略来实现永磁同步直线电机的高性能控制。

传统的PI(比例积分)控制算法简单，能消除稳态误差，被广泛应用于电机控制系统中，但当电机内部参数失配或外部扰动过大时，一组固定的PI参数不能很好地适应工况的变化，很难在整个工作范围内取得令人满意的控制要求。

为实现永磁同步直线电机的高性能控制，近年来，滑模控制、预测控制、智能控制等先进的控制策略被提出，并运用到永磁同步直线电机的控制系统中。

滑模控制响应快、对参数变化和扰动不灵敏、物理实现简单，已被证明是改善电机控制系统抗干扰和鲁棒性的有效方法。然而，传统的滑模控制需设计较大的切换增益来保证鲁棒性，会伴随抖振问题，抖振过大会引发一系列连锁反应导致控制性能变坏。

目前，研究学者提出边界层法、趋近律改进、与智能控制方法结合、高阶滑模控制、扰动补偿等方法来抑制抖振问题，其中，趋近律改进和扰动补偿的复合方法对降低系统抖振和提高控制性能具有重要的研究意义，但在控制时，如何有效提高永磁同步直线电机的响应速度、削弱抖振以及降低扰动的影响等一直以来都是急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于趋近律和扰动补偿的永磁同步直线电机滑模控制方法，其基于趋近律和扰动补偿的滑模控制，有效提高响应速度，削弱抖振，降低扰动的影响，使得永磁同步直线电机具有较好的静态与动态性能。

按照本发明提供的技术方案，一种基于趋近律和扰动补偿的永磁同步直线电机滑模控制方法，所述永磁同步直线电机的滑模控制方法包括：

在永磁同步直线电机的速度控制环，配置用于进行速度控制的滑模速度控制器以及用于观测速度控制时扰动的滑模扰动观测器，滑模扰动观测器将所观测的扰动观测值前馈补偿至所述滑模速度控制器内，滑模速度控制器基于动子速度给定值v^*、动子速度实际值v以及滑模扰动观测器前馈的扰动观测值生成永磁同步直线电机q轴的给定电流其中，

进行速度控制时，在滑模速度控制器内配置速度滑模面的趋近律，所配置速度滑模面的趋近律为：

式中，s为滑模速度控制器内的速度滑模面，为速度滑模面的趋近律，x为速度误差，k为指数项系数，ε为切换增益项系数，α、β、γ均为趋近律参数，t为永磁同步直线电机的工作时间，sgn()为符号函数。

利用基于趋近律的滑模速度控制器进行速度控制时，所述滑模速度控制器输出的永磁同步直线电机q轴给定电流为：