[實用新型]直線電機滑模控制中系統抖振消除控制裝置

無效

• 申請號: 201120165723.9
• 申請日: 2011-05-23
• 公開（公告）號: CN202094839U
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 黨選舉;楊青;張月玲
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H02P25/06
• 分類號: H02P25/06
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 歐陽波

(一)技術領域

本實用新型涉及直線電機干擾的控制技術領域，具體為一種針對直線電機滑模控制抑制非線性干擾和外部強干擾中產生抖振的消除控制裝置。

(二)背景技術

永磁同步直線電機(Permanent?Magnet?Linear?Synchronous?Motor，簡稱PMLSM)是直接將電能轉換為直線運動的推力裝置。通過動子線圈上的電壓控制，實現動子的直線運動。它具有高響應、高剛度和高精度等特點，在越來越多的應用場合受到關注，永磁同步直線電機是伺服系統中執行機構的最佳選擇。但是，直線電機的齒槽效應、端部效應、系統參數(動子質量、粘滯摩擦系數等)的變化、摩擦阻力的非線性變化以及狀態的觀測噪聲等的存在，給系統的精密控制帶來了難度。

直線電機是將電能直接轉換成直線運動的機械能的傳動裝置，不需要任何中間轉換機構的直接驅動方式造成了外部干擾的直接擾動，直線電機具有非線性特性的摩擦力及紋波推力均隨位置變化，使永磁同步直線電機成為一個強非線性系統。

滑模控制因響應速度快、對參數攝動及外部干擾有很強的魯棒性，在直線電機及不確定非線性系統的控制上得到一定程度的應用。但是這種魯棒性是建立在控制量高頻抖振的基礎上，并且切換控制時的不連續性加重了抖振程度。抖振會影響系統的控制精度，激發未建模高頻動態特性，甚至使系統震蕩或失穩，影響系統的控制性能，縮短系統的使用年限。而且，在實際系統中，當系統運動點到達滑模控制中的所定義的滑模面后，由于時間上的滯后，使得系統運動點很難嚴格地沿著滑模控制中的理論設計的光滑滑模面向著平衡點滑動，而是在滑模面兩側來回穿越，產生強烈的抖振，直接影響了電機伺服控制系統的平穩性和定位精度，增加了能量損耗。因此，由于抖振的原因，能夠很好地抑制強干擾的滑模控制在實際系統中，尤其在高精度滑模控制系統的應用上，有一定的局限性。

常規的滑模控制，其控制策略是由控制偏差的比例加積分的常規控制與開關控制相結合的綜合控制策略，開關控制的強行硬切換，使滑模控制具有了對擾動及參數變化不敏感的特性，在一定程度上能保證伺服系統的控制性能。但是滑模控制的開關控制的強行硬切換特性，造成自身的致命缺點——抖振，嚴重影響了控制系統的跟蹤精度。

因此，需要開發有效的抖振消除控制裝置，設計一種新的滑模控制，才能避免造成控制系統抖振或失穩，以提高直線電機滑模控制系統的穩定性和控制精度。

(三)實用新型內容

本實用新型的目的是設計一種直線電機滑模控制中系統抖振消除控制裝置，安裝檢測直線電機動子位移的位移傳感器與信號處理器相聯，信號處理器根據電機動子實時位移數據，在滑模控制中按照控制偏差的比例加積分的常規控制與帶有死區的柔化遲滯特性的軟開關控制計算得到動子線圈驅動電壓，其中柔化遲滯特性的作用，減少系統在滯后區域中的切換頻率，降低抖振幅度，實現抖振控制的消弱與消除，同時有效抑制了直線電機各種干擾，裝置結構簡潔，保證控制系統穩定運行。

本實用新型的直線電機滑模控制中系統抖振消除控制裝置是針對永磁同步直線電機，該電機有永磁定子，控制動子線圈上的電壓，實現動子的直線運動。

本實用新型設計的電機滑模控制中系統抖動消除控制裝置包括永磁同步直線電機、位移傳感器、信號處理器、驅動電路及直流電源。位移傳感器安裝于電機動子線圈旁，檢測電機動子的位移，驅動電路的輸出電壓接入電機的動子線圈；其輸出信號接入信號處理器。信號處理器的控制信號接入驅動電路。

信號處理器包括中央處理單元(CPU)、模/數轉換(A/D)電路、數/模轉換(D/A)電路，程序存儲模塊(ROM)、數據存儲模塊(RAM)、脈寬調制模塊(PWM)和信號接收電路。中央處理單元連接程序存儲模塊(ROM)和數據存儲模塊(RAM)；位移傳感器與信號接收電路連接，信號接收電路經模/數轉換(A/D)電路連接中央處理單元；中央處理單元的控制信號接脈寬調制模塊，脈寬調制模塊經數/模轉換(D/A)電路接驅動電路。

直流電源接信號處理器和驅動電路為其提供電源。

程序存儲模塊為存儲有以帶有死區(或緩沖區)的軟開關特性的柔化遲滯函數為符號函數的滑模控制程序以及通過實驗取得的電機的固有頻率ω_n，阻尼比ζ參數的程序存儲模塊。

所述滑模控制程序為如下二公式：