[發明專利]基于相鄰耦合的多動子直線電機協同控制系統及方法

有效

• 申請號: 202110441118.8
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113054884B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 文通;李傲霜;韓邦成;鄭世強;李海濤
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;北京航空航天大學寧波創新研究院
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P23/14;H02P25/06
• 代理公司: 北京開陽星知識產權代理有限公司 11710
• 代理人: 祝樂芳

1.一種基于相鄰耦合的多動子直線電機協同控制系統，其特征在于，包括：數字信號處理器、無位置傳感器估計模塊、通信模塊以及驅動與電流檢測模塊，其中，所述數字信號處理器包括相鄰耦合協同控制模塊和電流控制模塊；所述相鄰耦合協同控制模塊分別與所述通信模塊、所述電流控制模塊和所述無位置傳感器估計模塊通信連接，所述驅動與電流檢測模塊與所述電流控制模塊通信連接；

所述無位置傳感器估計模塊，用于根據計數脈沖信號和反電勢電壓信號，獲取當前動子速度以及當前動子位置，并向所述通信模塊和所述相鄰耦合協同控制模塊輸出所述當前動子速度以及所述當前動子位置；

所述通信模塊，用于根據所述當前動子速度以及所述當前動子位置，獲取相鄰動子速度以及相鄰動子位置，并向所述相鄰耦合協同控制模塊輸出所述相鄰動子速度以及所述相鄰動子位置；

在所述當前動子為第二個動子以及第二個之后的動子的情況下，所述相鄰耦合協同控制模塊，用于根據所述當前動子速度以及所述當前動子位置、所述相鄰動子速度以及所述相鄰動子位置，獲取直線電機的第一電流參考值，并向所述電流控制模塊輸出所述第一電流參考值；

所述電流控制模塊，用于接收驅動與電流檢測模塊輸出的所述直線電機的電流信號，根據所述第一電流參考值和所述電流信號，獲取驅動信號，并向所述驅動與電流檢測模塊輸出所述驅動信號；

所述驅動與電流檢測模塊，用于根據所述驅動信號，生成驅動電流脈沖和電流信號，并向所述直線電機輸出所述驅動電流脈沖，向所述電流控制模塊輸出所述電流信號。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統還包括：上位機接口電路，所述數字信號處理器還包括：虛擬首動子模塊；

所述上位機接口電路與所述虛擬首動子模塊通信連接，所述虛擬首動子模塊與所述相鄰耦合協同控制模塊通信連接；

其中，上位機接口電路，用于接收上位機輸入的期望速度，并向所述虛擬首動子模塊輸出所述期望速度；

所述虛擬首動子模塊，用于根據所述期望速度，獲取虛擬首動子速度以及虛擬首動子位置，并向所述相鄰耦合協同控制模塊輸出所述虛擬首動子速度以及所述虛擬首動子位置；

相應地，在所述當前動子為首動子的情況下，所述相鄰耦合協同控制模塊，用于根據所述虛擬首動子速度以及所述虛擬首動子位置、所述當前動子速度以及所述當前動子位置，獲取直線電機的第一電流參考值。

3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述虛擬首動子模塊，具體用于根據所述期望速度，通過速度閉環控制算法、以及虛擬首動子模型獲取所述虛擬首動子速度，其中，所述虛擬首動子模型根據直線電機的運動學方程建立；并根據所述虛擬首動子速度，通過積分算法獲取所述虛擬首動子位置。

4.根據權利要求1-3任一項所述的系統，其特征在于，所述相鄰耦合協同控制模塊具體用于根據所述當前動子位置與所述當前動子速度、當前動子質量、當前定子長度、當前動子最大反向制動力以及安全系數，構建安全距離計算算法，根據所述安全距離計算算法獲取當前動子與相鄰動子的期望間距；并根據所述當前動子位置與所述當前動子速度、所述相鄰動子速度以及所述相鄰動子位置，構建相鄰耦合誤差模型，根據所述當前動子與所述相鄰動子的速度同步誤差、間距跟蹤誤差以及所述相鄰耦合誤差模型獲取直線電機的第一電流參考值。

5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，所述安全距離計算算法由以下表達式限定：

其中，h表示安全系數；M_i表示第i個動子的質量；v_i表示第i個動子的速度；F_mi表示第i個動子所受最大反向制動力；L為定子長度。

6.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，根據所述當前動子與所述相鄰動子的速度同步誤差、間距跟蹤誤差以及所述相鄰耦合誤差模型獲取直線電機的第一電流參考值，包括：

根據所述當前動子與所述相鄰動子的速度同步誤差、間距跟蹤誤差以及所述相鄰耦合誤差模型構建基于相鄰耦合誤差的協同控制算法，通過所述基于相鄰耦合誤差的協同控制算法獲取直線電機的第一電流參考值。