[发明专利]一种永磁直线同步电机控制装置及方法

摘要

一种永磁直线同步电机控制装置和方法。本发明结合反演算法与动态面滑模方法设计永磁直线同步电机反演动态面滑模控制器，保留了反演法在实现不确定非线性系统鲁棒控制方面的优越性，又解决了反演滑模算法需要被控对象的精确建模信息的缺点，同时采用动态面的控制方法，利用一阶积分滤波器来计算虚拟控制的倒数，消除积分项的膨胀。该控制方法的设计包括主电路、控制电路和控制对象三部分；主电路包括整流滤波单元和IPM逆变单元；控制电路包括DSP、速度检测电路、电流检测电路、光耦隔离电路、驱动电路及故障检测；控制对象为三相永磁直线同步电机，机身装有光栅尺。实现了系统的快速响应，有效的削弱的系统的抖振，同时提高了系统的鲁棒性。

主权项

1.一种永磁直线同步电机控制装置的控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1：给定永磁直线同步电机速度信号，该速度信号转换为控制电机运转的电流信号，使电机开始运动；步骤2：采集永磁直线同步电机动子的实测速度信号和电流信号；步骤3：利用步骤2采集的数据，采用反演动态面滑模控制算法，得出控制律，即永磁直线同步电机的控制电流，整个计算过程均在DSP中实现；具体步骤如下：步骤3.1建立永磁直线同步电机的机械运动方程和动态方程，如下：建立永磁直线同步电机的机械运动方程及系统动态方程，确定永磁直线同步电机动子速度与控制电流关系式；建立d‑q轴坐标系：对于永磁直线同步电机，取永磁体基波励磁磁场轴线为d轴，而超前d轴90度的电度角为q轴；令电流内环d轴电流分量id＝0，使定子电流矢量和永磁体磁场在空间上正交，则永磁直线同步电机的电磁推力方程和机械运动方程表达式为：Fe＝kfiq          (1)式中，k_f为电磁推力常数，i_q为q轴电流，M为永磁直线同步电机动子及负载所带的总质量，F_L为负载力，B为粘滞摩擦系数，v为动子速度，表示动子速度的一阶导数，即动子加速度；则有：式中d为动子的线位移；状态变量选择为在id＝0的情况下，此时，PMLSM系统的状态方程可简化为：其中考虑控制扰动，将状态方程写成标准形式其中g(x，t)＝k₁≠0步骤3.2：设计反演动态面滑模控制器步骤3.2.1：将永磁直线同步电机动子的实际位置与给定的永磁直线同步电机位置信号作差，得到系统位置跟踪误差，定义位置跟踪误差为：z1＝d‑d*＝x1＝d*       (8)其中，d*为速度给定；选择z1为状态变量，构成子系统，定义李雅普诺夫函数定义z2＝x2‑α1         (12)则取α₁为的低通滤波器的输出，定义且满足则有所产生的滤波误差定义为步骤3.2.2考虑位置跟踪、虚拟控制和滤波误差，结合滑模变结构控制定义滑模面为s＝z2    (18)定义新的李雅普诺夫函数为由于则其中因为B₂为z₁，z₂，y₂和的函数；3.2.3设计控制器为步骤3.2.4：步骤3.2.3输出的反演动态面滑模控制律u即为电流控制信号，该电流信号经IPM逆变电路，驱动永磁直线同步电机运动；步骤4：DSP根据步骤3调整好的电流控制信号产生相应的六路PWM脉冲信号，驱动永磁直线同步电机运行。