[發(fā)明專(zhuān)利]一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)FTS基于ESO滑模改進(jìn)重復(fù)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710102512.2
• 申請(qǐng)日: 2017-02-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107132759B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫宜標(biāo);張戟;劉春芳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 沈陽(yáng)智龍專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 21115
• 代理人: 周智博;宋鐵軍

1.一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)快速刀具伺服系統(tǒng)基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器滑模改進(jìn)重復(fù)控制方法，包括基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的滑模控制和一種改進(jìn)重復(fù)控制，其特征在于：該方法用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器觀測(cè)出系統(tǒng)的狀態(tài)及系統(tǒng)內(nèi)外總擾動(dòng)，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)計(jì)滑模面，并且將觀測(cè)到的擾動(dòng)加入到控制率中，使滑模控制不但具有強(qiáng)魯棒性，也提高控制的精度，并且在控制系統(tǒng)中加入重復(fù)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)周期性信號(hào)的良好跟蹤以及對(duì)周期性擾動(dòng)的有效抑制的設(shè)計(jì)，本方法的整個(gè)控制系統(tǒng)硬件包括主電路、控制電路和控制對(duì)象三部分，控制電路包括DSP處理器、電流采樣電路、動(dòng)子位置采樣電路、IPM隔離驅(qū)動(dòng)電路和IPM保護(hù)電路，主電路包括調(diào)壓電路、整流濾波單元和IPM逆變單元，被控對(duì)象為三相永磁直線同步電機(jī)，機(jī)身裝有光柵尺；

根據(jù)快速刀具伺服系統(tǒng)給定位置信號(hào)和擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器觀測(cè)的系統(tǒng)狀態(tài)相減得到誤差量，以這個(gè)誤差量設(shè)計(jì)滑模面：

滑模面設(shè)計(jì)：

其中，和為擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器觀測(cè)到位置量與速度量，為位置誤差，為速度誤差；x_d為參考輸入信號(hào)，為參考信號(hào)的微分信號(hào)，λ0為正常數(shù)；

根據(jù)設(shè)計(jì)的擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，觀測(cè)出系統(tǒng)的狀態(tài)及內(nèi)外擾動(dòng)k₁、k₂和k₃均為正常數(shù)；y＝Cx＝x₁表示系統(tǒng)實(shí)際輸出，即系統(tǒng)實(shí)際位置，b為由系統(tǒng)參數(shù)確定的常數(shù)，其中M為動(dòng)子及其所帶負(fù)載總質(zhì)量，K_f為直線電機(jī)推力系數(shù)，Δ為常數(shù)且Δ＞0；u＝i_q為控制輸入，i_q為交軸電流。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)快速刀具伺服系統(tǒng)基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器滑模改進(jìn)重復(fù)控制方法，其特征在于：在滑模控制率中加入了擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器觀測(cè)到的系統(tǒng)內(nèi)外總擾動(dòng)，提高了控制的精度；

控制律設(shè)計(jì)：

其中，λ＞0，η為常數(shù)且η＞0，為觀測(cè)器觀測(cè)到的內(nèi)外擾動(dòng)；為參考輸入信號(hào)的二階導(dǎo)數(shù)；

滑模控制率中使用一種逼近函數(shù)來(lái)替代符號(hào)函數(shù)以削弱滑模固有的抖振；

φ取0.01。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)快速刀具伺服系統(tǒng)基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器滑模改進(jìn)重復(fù)控制方法，其特征在于：重復(fù)控制利用內(nèi)模原理將系統(tǒng)外部信號(hào)的數(shù)學(xué)模型嵌入到內(nèi)部控制環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)對(duì)外部周期性信號(hào)和干擾進(jìn)行高精度跟蹤及抑制；

其中，Q(s)為二階低通濾波器；為加入補(bǔ)償項(xiàng)的延遲環(huán)節(jié)，T_d為參考輸入信號(hào)的周期，τ為超前補(bǔ)償周期；s為控制信號(hào)由時(shí)域經(jīng)拉斯變換到復(fù)數(shù)域時(shí)引入的復(fù)參數(shù)；H(s)為重復(fù)控制器。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)快速刀具伺服系統(tǒng)基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器滑模改進(jìn)重復(fù)控制方法，其特征在于：為了改善并保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，重復(fù)控制器引入二階低通器：

其中，ω_q為截止頻率，ξ為阻尼系數(shù)。