[发明专利]引入趋近律的多变量二阶非奇异终端滑模电流控制方法

说明书

本发明公开的一种引入趋近律的多变量二阶终端滑模电流控制方法，解决了当永磁同步直线电机发生参数摄动或有外部干扰时，系统滑模面偏离难以快速恢复的问题，扰动控制律的增加使得系统从初始状态在有限的时间内快速地运动到滑模面上，并能克服系统参数摄动和外部干扰的影响，使偏离的系统快速回到滑模面上。趋近律本身的变指数部分在系统状态轨迹远离平衡点时趋近速度较快，引入变终端吸引趋近方式在状态轨迹接近平衡点时趋近速度较快，实现了全局快速收敛，使系统从初始状态在有限的时间内、快速地到达滑模面，并最终运动到稳态平衡点，实现电流的准确跟踪。

技术领域

本发明属于永磁同步直线电机控制技术领域，具体涉及一种引入趋近律的多变量二阶非奇异终端滑模电流控制方法。

背景技术

工业生产中的许多控制系统都是直线运动的形式，传统工业控制多是通过“旋转电机+滚珠丝杠”的传动形式实现直线传动环节。中间传动环节的存在会使系统传动特性变差，使得电机的输出效率大打折扣，而且控制系统结构的复杂性也给系统的稳定性和控制精度的提升带来了困难。相比于旋转电机，永磁同步直线电机在直线传动领域表现出了更加明显的优势，省略了中间传动机构，使得控制系统更加简单，且推力输出和控制更直接，输出推力更大，传动效率更高。近年来，永磁同步直线电机在高速和高精度直线运动系统中控制问题成为了电机驱动领域较为关注的热点。

永磁同步直线电机双环控制系统包括速度环和电流环两个部分，在电流环中电流与永磁同步直线电机输出推力之间成线性关系，电流性能的鲁棒性与抗扰性将直接影响输出推力的性能，因此电流控制技术成为永磁同步直线电机控制的关键技术之一。永磁同步直线电机电流环滑模控制器具有结构简单、易于设计的优点，滑模运动的状态轨迹是设计者根据系统的要求设计的，与系统的参数无关，故此时直线电机系统具有较强的抗干扰能力和鲁棒性，能够较好地抑制外部扰动对系统的影响。通常电流环滑模控制器的运动模态是由滑动模态和趋近模态组成。但是，当系统发生参数摄动或突加外部负载时，滑动模态受到破坏，系统会偏离原来的滑模面，难以在有限的时间内快速地运动到滑模面上，采用单一变量控制律无法实现，需要多变量控制律来控制扰动。

发明内容

本发明的目的是提供一种引入趋近律的多变量二阶非奇异终端滑模电流控制方法，解决了参数摄动或负载扰动时单变量滑模偏离滑模面的问题，同时还能进一步改善趋近模态的品质，提升趋近速度，抑制系统“抖振”，趋近律中含参数δ的变终端吸引趋近方式在状态轨迹接近平衡点时趋近速度较快，能够实现电压控制律u₂全局快速收敛。

本发明所采用的技术方案是，一种引入趋近律的多变量二阶非奇异终端滑模电流控制方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：确定永磁同步直线电机控制系统包含扰动的电流环数学模型以及状态方程，并将其写成状态空间的形式；

步骤2：基于步骤1得到的状态方程，定义电流的跟踪误差和一阶比例积分滑模面，求解忽略扰动的永磁同步直线电机电流环电压控制律u₁；

步骤3：结合永磁同步直线电机的状态空间方程，对电流的跟踪误差进行求导，在二阶非奇异终端滑模面导数中引入新型趋近律，得到滑模面二阶导数，将其带入到含有u₂滑模面二阶导等式后求解扰动量电压控制律u₂；

步骤4：将步骤2求出的不考虑扰动的电压控制律u₁以及步骤3求出的扰动电压控制律u₂加和，得到永磁同步直线电机电流环滑模控制器的电压控制律u。

本发明的其他特点还在于：

步骤1的具体过程如下：

步骤1.1：在d-q坐标系下，考虑扰动的永磁同步直线电机状态方程为:

系统的扰动d_d、d_q的方程为：