[發明專利]直線電機精密軌跡跟蹤裝置及方法

有效

• 申請號: 201610112176.5
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105549383B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 施昕昕;黃家才;李宏勝
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.直線電機精密軌跡跟蹤裝置的跟蹤方法，直線電機精密軌跡跟蹤裝置，包括分數階自抗擾控制器、第一求差電路、電流控制器、功率驅動放大器、電流傳感器和位移傳感器；所述分數階自抗擾控制器的輸入端為所述裝置的輸入端，所述分數階自抗擾控制器的輸出端與第一求差電路的輸入端連接，所述第一求差電路的輸出端與電流控制器的輸入端連接，所述電流控制器的輸出端與功率驅動放大器的輸入端連接，所述功率驅動放大器的輸出端外接直線電機，所述電流傳感器的輸入端與功率驅動放大器的輸出端連接，所述電流傳感器的輸出端與第一求差電路的輸入端連接，所述位移傳感器的輸入端外接直線電機，所述位移傳感器的輸出端與分數階自抗擾控制器的輸入端連接；

所述分數階自抗擾控制器包括加速度前饋電路、第二求差電路、第三求差電路、分數階控制器、求和電路和擴張狀態觀測器；

所述第二求差電路的輸入端為所述分數階自抗擾控制器的輸入端，所述第二求差電路的輸出端與分數階控制器的輸入端連接，所述分數階控制器的輸出端與求和電路的輸入端連接，所述求和電路的輸出端為所述分數階自抗擾控制器的輸出端，所述加速度前饋電路的輸入端與第二求差電路的輸入端連接，所述加速度前饋電路的輸出端與第三求差電路的輸入端連接，所述第三求差電路的輸出端與求和電路的輸入端連接，所述擴張狀態觀測器的輸入端分別與求和電路的輸出端以及位移傳感器的輸出端連接，所述擴張狀態觀測器的輸出端與第三求差電路的輸入端連接，所述第二求差電路的輸入端還與位移傳感器的輸出端連接；

其特征在于：包括以下步驟，

步驟1，電流傳感器采集直線電機的實際動子電流i；

步驟2，位移傳感器采集直線電機的實際運動位移x；

步驟3，分數階自抗擾控制器接收被跟蹤的直線電機的目標軌跡x_d和實際運動位移x，輸出中間控制量u₁；

步驟4，第一求差電路接收中間控制量u₁和實際動子電流i，將中間控制量u₁和實際動子電流i比較后的誤差值e發送到電流控制器處理，電流控制器輸出實際電壓控制量u；

步驟5，功率驅動放大器接收實際電壓控制量u，控制直線電機的運行；

分數階自抗擾控制器中的處理過程為，

A1)加速度前饋電路接收被跟蹤的直線電機的目標軌跡x_d并進行處理；

加速度前饋電路的處理公式為，

其中，為x_d的二階導數，即加速度前饋電路的輸出量，d為微分算子，t為時間；

A2)擴張狀態觀測器計算系統總和擾動的估計值z₃；

具體計算公式為，

其中，z₁為直線電機實際運動位移的估計值，z₂為直線電機實際運動速度的估計值，e₀為z₁和x之間的誤差，b為控制量增益，β₀₁、β₀₂、β₀₃為擴張狀態觀測器增益，fal(e₀,0.25,δ)和fal(e₀,0.5,δ)為非線性函數，δ為中線性段的區間長度；

fal(e₀,0.25,δ)和fal(e₀,0.5,δ)的具體公式為，

其中，sgn(·)為符號函數；

A3)分數階控制器進行分數階控制輸出；

具體計算公式為，

u₀₁＝K_p(1+K_ds^μ)·e₁

其中，u₀₁為分數階控制器的輸出，K_p、K_d為分數階控制器參數，s為拉普拉斯算子，μ是取值為0到1之間的實數，e₁為x_d和x之間的誤差，即第二求差電路的輸出，也是分數階控制器的輸入；

A4)第三求差電路接收加速度前饋電路的輸出量計算輸出控制量u₀₂，求和電路根據u₀₁和u₀₂計算出中間控制量u₁；

計算公式為，

u₁＝u₀₁+u₀₂。

2.根據權利要求1所述的直線電機精密軌跡跟蹤裝置的跟蹤方法，其特征在于：電流控制器中的處理公式為，

u＝K_pi·e

其中，e為u₁和i之間的誤差，K_pi為電流控制器參數。