[發(fā)明專利]直線電機精密軌跡跟蹤裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610112176.5
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105549383B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 施昕昕;黃家才;李宏勝
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發(fā)明公開了一種直線電機精密軌跡跟蹤裝置，包括分?jǐn)?shù)階自抗擾控制器、第一求差電路、電流控制器、功率驅(qū)動放大器、電流傳感器和位移傳感器；分?jǐn)?shù)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?jǐn)?shù)階控制器、求和電路和擴(kuò)張狀態(tài)觀測器。同時也公開了該裝置的跟蹤方法。本發(fā)明在普通自抗擾控制器的基礎(chǔ)上引入加速度前饋電路和分?jǐn)?shù)階控制器，形成分?jǐn)?shù)階自抗擾控制器，與普通自抗擾控制器相比，分?jǐn)?shù)階自抗擾控制器能有效抑制系統(tǒng)非線性因素和不確定干擾對系統(tǒng)性能的影響，實現(xiàn)直線電機精密軌跡跟蹤控制性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種直線電機精密軌跡跟蹤裝置及方法，具體涉及一種基于分?jǐn)?shù)階自抗擾控制器的直線電機精密軌跡跟蹤裝置及方法，屬于直線電機運動控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

直線電機與傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機相比，取消了中間傳動環(huán)節(jié)，具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快、精度和效率高等優(yōu)點，有利于實現(xiàn)高速或低速、高精度等高性能直線運動，在現(xiàn)代工業(yè)、民用、醫(yī)療、交通和軍事等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

但也正是由于缺少中間傳動環(huán)節(jié)的緩沖作用，直線電機更容易受到系統(tǒng)參數(shù)變化、摩擦力和負(fù)載擾動力等因素影響，尤其是系統(tǒng)非線性因素和不確定干擾，給直線電機的精密軌跡跟蹤控制增加很大的難度。

近年來，越來越多的先進(jìn)控制算法被引入到直線電機的運動控制研究中，來獲得良好的控制性能，如迭代學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)魯棒控制和自抗擾控制等，其中自抗擾控制以其實用性強、魯棒性好和不依賴精確的系統(tǒng)模型等優(yōu)點引起越來越多研究人員的重視。但現(xiàn)有技術(shù)中，普通自抗擾控制器的最大優(yōu)勢只在于抵抗系統(tǒng)擾動能力強，而軌跡跟蹤控制精度不高，無法較好地實現(xiàn)直線電機精密軌跡跟蹤控制。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種直線電機精密軌跡跟蹤裝置及方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

直線電機精密軌跡跟蹤裝置，包括分?jǐn)?shù)階自抗擾控制器、第一求差電路、電流控制器、功率驅(qū)動放大器、電流傳感器和位移傳感器；所述分?jǐn)?shù)階自抗擾控制器的輸入端為所述裝置的輸入端，所述分?jǐn)?shù)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(qū)動放大器的輸入端連接，所述功率驅(qū)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(qū)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?jǐn)?shù)階自抗擾控制器的輸入端連接。

所述分?jǐn)?shù)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?jǐn)?shù)階控制器、求和電路和擴(kuò)張狀態(tài)觀測器；所述第二求差電路的輸入端為所述分?jǐn)?shù)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?jǐn)?shù)階控制器的輸入端連接，所述分?jǐn)?shù)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?jǐn)?shù)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(kuò)張狀態(tài)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(kuò)張狀態(tài)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。

直線電機精密軌跡跟蹤裝置的跟蹤方法，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?jǐn)?shù)階自抗擾控制器接收被跟蹤的直線電機的目標(biāo)軌跡x_d和實際運動位移x，輸出中間控制量u₁；