[發明專利]永磁直線同步電機驅動懸浮平臺的直接解耦控制方法

有效

• 申請號: 201110390996.8
• 申請日: 2011-11-30
• 公開（公告）號: CN102497149A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 孫宜標;趙希梅;夏加寬;張桂平
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于高精密數控加工和控制技術領域，涉及一種用二階滑模直接解耦控制方法來提高永磁同步電機(PMLSM)驅動懸浮平臺的定位精度，具體涉及一種永磁直線同步電機驅動懸浮平臺的直接解耦控制方法。

背景技術

現代制造技術正朝著高速化、精密化和模塊化方向發展，信息等高新技術制造業不僅對加工設備性能如定位的精度和速度提出了越來越高的要求，而且對生產制作環境同樣提出了越來越嚴格的要求，如光電子器件、半導體芯片等微電子產品均要求在超潔凈環境下完成加工制作。

直線電機的應用取消了源動力和工作臺部件之間的所有中間傳動聯結環節，實現了機構的直接驅動，亦即人們常說的零傳動，具有傳統定位工作臺無法比擬的優點。由于摩擦產生粉塵污染、引起磨損等原因，這些定位工作臺已經不能完全滿足微電子、IT等行業產品超潔凈制作環境的要求。

PMLSM懸浮平臺不僅繼承了直線電機零傳動的優點，并且利用法向力實現動子懸浮。消除了水平方向運動的摩擦，大大減小的粉塵的產生，因此在微加工領域如半導體微細加工、電路板制造、微組裝系統、光刻等場合有很好的應用前景。但是，由于水平推力和豎直法向力之間存在非線性耦合，加上負載擾動和參數不確定性等因素影響了系統的定位精度，因此對控制系統的設計提出了更高的要求。

現有的控制系統是加入反饋線性化(FL)模塊將對PMLSM懸浮平臺進行解耦，將其等效成SISO系統之后對其進行定位控制，但這種方法對被控對象的參數具有很強的依賴性，抗干擾能力差。本發明的控制方法不加入反饋線性化等獨立的解耦模塊，而是利用二階滑模自身可以解耦的特性對水平推力和法向力進行直接解耦控制，因此降低了控制器對被控對象模型參數的依賴性。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種永磁直線同步電機驅動懸浮平臺的直接解耦控制方法。

本發明方法所采用的控制系統以一臺單邊有鐵心永磁直線電機作為驅動，利用永磁體作為動子，線圈繞組作為定子，平行于水平軸的水平推力驅動水平方向上的運動，平行于豎直軸的法向力驅動豎直方向的運動。該控制系統包括DSP、整流濾波電路、IPM功率轉換模塊、電流傳感器、光柵尺、光電耦合隔離電路、晶振電路、電源電路和PMLSM懸浮平臺。

懸浮平臺的定子位置、速度以及電流通過光柵尺和傳感器測出，并將信號傳達至DSP處理器，經DSP處理運算后得到控制輸入對電機進行控制。

傳感器從永磁同步電機采集電流，傳感器輸出端至DSP的A/D轉換端口，PMLSM懸浮平臺接有光柵尺，光柵尺輸出端接至DSP的QEP端口，DSP通過JTAG與上位機建立通信，DSP的PWM端口連接光電耦合隔離電路輸入端，光電耦合隔離電路輸出端連接IPM功率轉換模塊輸入端，整流濾波電路接入IPM功率轉換模塊，IPM功率轉換模塊輸出端接至PMLSM懸浮平臺。

永磁直線同步電機驅動懸浮平臺的直接解耦控制方法，具體包括如下步驟：

步驟1：采集永磁直線同步電機懸浮平臺的實際位置、速度和電流信息；

通過光柵尺實時檢測PMLSM懸浮平臺的實際位置y＝[x₁，x₃]^T并輸入到DSP中，在DSP中計算出實際速度信號電流傳感器實時采集系統電流信號，并輸出至DSP中；

為了得出其狀態空間方程建立如圖1所示的慣性坐標系，其中，d為動子相對定子水平方向位移，σ為氣隙長度，h_m為永磁體高度，t₁為槽距，b₀為槽徑，τ為PM的極距，τ_p為永磁體極弧，L_A為每相永磁體沿Y軸的深度，p_m為永磁體的個數，μ_rec為相對磁導率，σ_m為永磁體表面磁荷密度，ω_c為線圈間距，k_ω1為繞組系數，W為電樞每相繞線砸數，p為定子極對數。考慮到定子齒槽的影響，用有效氣隙σ_e代替氣隙σ，σ_e＝K_c(σ)σ，其中K_c代表卡特系數，其表達式為