[发明专利]一种提高永磁同步直线电机动态控制性能的方法

说明书

本发明公开的一种提高永磁同步直线电机动态控制性能的方法，具体按照如下步骤操作：首先，假设永磁同步直线电机控制系统电流环的离散数学模型；然后，基于上述的离散数学模型，递推出预测域内状态变量的预测值；最后，采用转子磁场定向的同步旋转坐标系中的永磁同步直线电机定子电压方程，通过控制预测控制器输出电压U(k)，使得第k+1时刻实际采样电流i_(k+1)等于第k时刻预测得到的目标电流i^*_(k+1)，实现无差拍控制。本发明的方法，解决了传统电流环PI调节器对电机参数依赖性强、难以满足伺服系统高性能控制要求的问题，选择基于无差拍电流预测控制的永磁同步直线电机控制方法，减小了电流谐波和转矩波动，提高了系统动态性能。

技术领域

本发明属于高性能伺服系统传动技术领域，涉及一种提高永磁同步直线电机动态控制性能的方法。

背景技术

传统的工业控制通过“旋转电机+滚珠丝杠”的传动形式实现直线传动环节，但中间环节的存在会使系统传动特性变差。相较于传统的直线进给方式，直线电机伺服系统采用直线驱动方式，在高速高精度制造领域具有巨大的优势，近年永磁同步直线电机在高速和高精度直线运动系统中得到了广泛重视和研究开发。

在现代电机控制技术领域，矢量控制获得了广泛应用。永磁同步直线电机伺服系统包括位置环、速度环和电流环三个部分，其中位置环通常选用P 调节器，速度环和电流环通常选用PI调节器。传统的PI调节器以其结构简单、较易实现而广泛应用到了电机控制系统之中，但其易受系统参数的影响，难以达到高性能控制系统所期望的性能要求，针对永磁同步直线电机伺服系统传统电流环PI调节器对电机参数依赖性强、难以满足伺服系统高性能控制要求的问题，提出一种基于无差拍电流预测控制的永磁同步直线电机控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高永磁同步直线电机动态控制性能的方法，解决了传统电流环PI调节器对电机参数依赖性强、难以满足伺服系统高性能控制要求的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种提高永磁同步直线电机动态控制性能的方法，具体按照如下步骤操作：

步骤1.确定永磁同步直线电机控制系统电流环的离散数学模型；

步骤2.基于步骤1得到的离散数学模型，递推出预测域内状态变量的预测值；

步骤3.采用转子磁场定向的同步旋转坐标系中的永磁同步直线电机定子电压方程，通过控制预测控制器输出电压U_(k)，使得第k+1时刻实际采样电流i_(k+1)等于第k时刻预测得到的目标电流i^*_(k+1)，实现无差拍控制。

本发明的其他特点还在于，

步骤2中递推出预测域内状态变量的预测值包括如下步骤：

步骤2.1在状态预测的基础上得出系统输出量的预测递推式；

步骤2.2将步骤2.1得出的递推式带入最优控制量的目标函数中，求出极小值点，通过极小值点求出控制对象的输入变量，从而得到状态变量的预测值。

步骤3中实现永磁同步直线电机的无差拍控制包括以下过程：

步骤3.1建立输出电压U_(k)与电流偏差ΔI_(k)的关系式；

步骤3.2结合步骤3.1得到的输出电压与电流偏差的关系式和拉格朗日差值公式得出电流偏差ΔI_(k)的预测表达式，从而得到0阶和1阶的预测控制器输出电压U_(k)表达式，使得第k+1时刻实际采样电流i_(k+1)等于第k时刻预测得到的目标电流i^*_(k+1)，实现无差拍控制。