[发明专利]永磁直线同步电机的自适应二阶终端滑模控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于数控技术领域，特别涉及一种永磁直线同步电机的自适应二阶终端滑模控制系统及方法。

背景技术

数控技术是用数字信对控制对象的机械运动过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造产业的渗透形成的机电一体化产品。现代数控机床与早期的数控机床最根本的区别在于其加工速度和加工精度发生了巨大变化，分别提高了近千倍。由于高速度、高精度加工技术能极大地提高加工速率、提高产品的质量和档次、提高市场竞争力，因而，以高速切削、高速进给和高加工精度为主要特征的高速切削技术已成为现代数控加工技术的重要发展趋势之一。

长期以来，数控机床的进给系统主要是“旋转电机+滚珠丝杠”，这种伺服形式结构复杂，且存在传动间隙及弹性变形等造成运动滞后和其它非线性误差等一系列问题，难以获得很高的加速度和定位精度。采用PMLSM的直接驱动技术在一定程度上解决了上述问题，它消除了机械传动机构所带来的不良影响，在高精度、高速响应、微进给伺服系统应用中具有非常大的优势。但是，由于直线电动机直接驱动负载，系统的参数摄动、负载扰动等不确定因素将毫无衰减地直接反映到直线电机的动子上，使系统对负载扰动和参数变化都很敏感,所以要求系统具有较强的鲁棒性，这对直线电机控制器提出了更高的要求。

学者们提出了一些控制方法，如采用鲁棒控制理论设计控制器，可使系统具有很好的鲁棒性，但具有一定的保守性；采用自适应控制理论设计控制器，可以有效克服参数变化对系统的影响，但在参数变化较快、外部干扰频率高的情况下则效果不佳。采用滑模变结构控制理论设计控制器，具有鲁棒性强、实现简单的优点，然而由于其控制作用的不连续性会导致抖振现象。采用终端滑模控制理论设计控制器，改善了系统的收敛特性，但存在奇异性问题。

发明内容

发明目的

针对现有控制技术中存在的不足，本发明提供了一种永磁直线同步电机的自适应二阶终端滑模控制系统及方法，将二阶滑模控制、终端滑模控制与自适应控制方案相结合，最终实现本发明的目的即实现系统的快速响应，提高系统的鲁棒性。

技术方案

一种永磁直线同步电机的自适应二阶终端滑模控制系统，其特征在于：该系统包括主电路、控制电路和控制对象三部分；控制电路包括DSP、位置和速度检测电路、电流检测电路、光耦隔离电路、驱动电路及故障检测和保护电路；DSP的QEP端口连接位置和速度检测电路，DSP的ADC端口连接电流检测电路，DSP的PWM端口和PDPINT端口连接光耦隔离电路，光耦隔离电路连接驱动电路和故障检测和保护电路，驱动电路连接主电路；主电路包括调压电路、整流滤波单元和IPM逆变单元；控制对象为三相永磁直线同步电机，机身装有光栅尺；调压电路连接整流滤波单元，整流滤波单元连接IPM逆变单元，IPM逆变单元连接三相永磁直线同步电机。

DSP的SCI端口连接上位机，DSP的SPI端口连接显示电路，DSP的GPIO端口连接I/O接口电路；故障检测和保护电路连接控制电源。

一种如上所述的永磁直线同步电机的自适应二阶终端滑模控制系统的控制方法，其特征在于：根据永磁直线同步电机伺服系统给定速度信号和反馈速度信号相减得到误差量，以这个误差量设计终端滑模面并且以二阶滑模控制的超螺旋算法作为速度控制器的输入，并且引入自适应控制对超螺旋算法的控制增益进行动态调节。

选取终端滑模面；

系统跟踪误差为e＝v^*-v，其中，v^*为v的给定值；

系统的终端滑模变量为：