[发明专利]直线电机精密轨迹跟踪装置及方法

摘要

本发明公开了一种直线电机精密轨迹跟踪装置，包括分数阶自抗扰控制器、第一求差电路、电流控制器、功率驱动放大器、电流传感器和位移传感器；分数阶自抗扰控制器包括加速度前馈电路、第二求差电路、第三求差电路、分数阶控制器、求和电路和扩张状态观测器。同时也公开了该装置的跟踪方法。本发明在普通自抗扰控制器的基础上引入加速度前馈电路和分数阶控制器，形成分数阶自抗扰控制器，与普通自抗扰控制器相比，分数阶自抗扰控制器能有效抑制系统非线性因素和不确定干扰对系统性能的影响，实现直线电机精密轨迹跟踪控制性能。

主权项

1.直线电机精密轨迹跟踪装置的跟踪方法，直线电机精密轨迹跟踪装置，包括分数阶自抗扰控制器、第一求差电路、电流控制器、功率驱动放大器、电流传感器和位移传感器；所述分数阶自抗扰控制器的输入端为所述装置的输入端，所述分数阶自抗扰控制器的输出端与第一求差电路的输入端连接，所述第一求差电路的输出端与电流控制器的输入端连接，所述电流控制器的输出端与功率驱动放大器的输入端连接，所述功率驱动放大器的输出端外接直线电机，所述电流传感器的输入端与功率驱动放大器的输出端连接，所述电流传感器的输出端与第一求差电路的输入端连接，所述位移传感器的输入端外接直线电机，所述位移传感器的输出端与分数阶自抗扰控制器的输入端连接；所述分数阶自抗扰控制器包括加速度前馈电路、第二求差电路、第三求差电路、分数阶控制器、求和电路和扩张状态观测器；所述第二求差电路的输入端为所述分数阶自抗扰控制器的输入端，所述第二求差电路的输出端与分数阶控制器的输入端连接，所述分数阶控制器的输出端与求和电路的输入端连接，所述求和电路的输出端为所述分数阶自抗扰控制器的输出端，所述加速度前馈电路的输入端与第二求差电路的输入端连接，所述加速度前馈电路的输出端与第三求差电路的输入端连接，所述第三求差电路的输出端与求和电路的输入端连接，所述扩张状态观测器的输入端分别与求和电路的输出端以及位移传感器的输出端连接，所述扩张状态观测器的输出端与第三求差电路的输入端连接，所述第二求差电路的输入端还与位移传感器的输出端连接；其特征在于：包括以下步骤，步骤1，电流传感器采集直线电机的实际动子电流i；步骤2，位移传感器采集直线电机的实际运动位移x；步骤3，分数阶自抗扰控制器接收被跟踪的直线电机的目标轨迹xd和实际运动位移x，输出中间控制量u1；步骤4，第一求差电路接收中间控制量u1和实际动子电流i，将中间控制量u1和实际动子电流i比较后的误差值e发送到电流控制器处理，电流控制器输出实际电压控制量u；步骤5，功率驱动放大器接收实际电压控制量u，控制直线电机的运行；分数阶自抗扰控制器中的处理过程为，A1)加速度前馈电路接收被跟踪的直线电机的目标轨迹xd并进行处理；加速度前馈电路的处理公式为，其中，为x_d的二阶导数，即加速度前馈电路的输出量，d为微分算子，t为时间；A2)扩张状态观测器计算系统总和扰动的估计值z3；具体计算公式为，其中，z1为直线电机实际运动位移的估计值，z2为直线电机实际运动速度的估计值，e0为z1和x之间的误差，b为控制量增益，β01、β02、β03为扩张状态观测器增益，fal(e0,0.25,δ)和fal(e0,0.5,δ)为非线性函数，δ为中线性段的区间长度；fal(e0,0.25,δ)和fal(e0,0.5,δ)的具体公式为，其中，sgn(·)为符号函数；A3)分数阶控制器进行分数阶控制输出；具体计算公式为，u01＝Kp(1+Kdsμ)·e1其中，u01为分数阶控制器的输出，Kp、Kd为分数阶控制器参数，s为拉普拉斯算子，μ是取值为0到1之间的实数，e1为xd和x之间的误差，即第二求差电路的输出，也是分数阶控制器的输入；A4)第三求差电路接收加速度前馈电路的输出量计算输出控制量u₀₂，求和电路根据u₀₁和u₀₂计算出中间控制量u₁；计算公式为，u1＝u01+u02。