[发明专利]一种磁通切换永磁直线电机干扰观测前馈补偿控制方法

说明书

本发明公开了一种磁通切换永磁直线电机干扰观测前馈补偿控制方法，属于电机控制技术领域。本发明基于磁通切换永磁直线电机的离散数学模型，根据磁通切换永磁直线电机电流和位置信号，利用扩展卡尔曼设计干扰观测器观测出定位力和其他干扰力，进行前馈补偿。本发明利用扩展卡尔曼滤波设计出定位力和其他力扰动观测器对其进行观测并进行补偿，能够克服动子质量、推力系数、库伦摩擦力、粘滞摩擦系数以及其他不确定因素的影响，且采用观测器观测出的速度作为速度反馈，较传统M法测得的速度更为平滑，减小了动子直线速度响应误差。本控制方法可采用通用硬件实现，便于推广应用。

技术领域

本发明涉及一种磁通切换永磁直线电机干扰观测前馈补偿控制方法，属于电机控制技术领域。

背景技术

磁通切换永磁直线电机伺服系统省掉了机械传动机构，将负载直接与永磁通切换永磁直线电机的动子相连，采用零传动方式，虽然消除了中间传动机构的弹性变形、间隙、惯量等因素对系统的影响，但与此同时，负载的变化和外部扰动也不经过任何中间环节的衰减而直接加到直线电机上，影响到电机系统的性能。对于磁通切换永磁直线电机，电机动子的速度是闭环控制系统中必不可少的反馈量。传统的编码器测速计算方法如M法、T法、MT结合法等测速方法，都是基于差分算法求解动子的平均值，造成转速计算值存在误差以及相位延迟，从而一定程度上影响了磁通切换永磁直线电机的动静态性能。为了减少传统测速方法存在的问题，通常采用数字低通滤波器抑制噪声，但是无法同时实现抑制噪声和减小延时的影响。

为了实现高精度的速度控制，抑制速度波动，现有技术中较为常用的是基于LuGre摩擦模型进行补偿和设计DOB观测器进行补偿；LuGre摩擦模型是动态摩擦模型，依赖于电机精确数学模型中粘滞摩擦系数、库伦摩擦力等参数；DOB观测器依赖于电机精确数学模型中动子质量和推力系数，且引入的二阶低通滤波器影响系统的动态和静态性能。基于以上两种补偿方法的系统性能容易受到参数变化及各种不确定因素的影响。此外，为了解决传统测速方法的缺点，学者们提出了多种观测转速的方法，如非线性观测器、滑模观测器等。而编码器的测量噪声可以看作高斯白噪声，卡尔曼滤波算法作为一种线性最小方差估计，采用递推算法，不需要大量的存储空间，并对模型有较小的依赖性，因此，在系统速度观测方面得到了较为广泛的应用。因此，本发明基于卡尔曼滤波算法设计了电机速度、干扰观测器，提高了电机速度控制系统的控制精度和抗干扰性能。

发明内容

本发明的目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种磁通切换永磁直线电机干扰观测前馈补偿控制方法，基于扩展卡尔曼滤波设计出定位力以及其他扰动观测器对其进行观测并进行补偿，能够克服动子质量、推力系数、库伦摩擦力、粘滞摩擦系数以及其他不确定因素的影响，且采用观测器观测出的速度作为速度反馈，避免了传统M法测速中的微分过程和滤波过程，较传统M法测得的速度更为平滑，减小了动子直线速度响应误差，提高了电机控制系统的控制精度和抗干扰性能。

本发明采用的技术方案为：一种磁通切换永磁直线电机干扰观测前馈补偿控制方法，包括如下步骤：

第一步：建立磁通切换永磁直线电机的简化动力学方程，并给出定位力以及其它干扰包括参数不确定性的方程；

垂直运行磁通切换永磁直线电机的简化动力学方程，具体如下：

所述的磁通切换永磁直线电机的简化标称动力学方程为：

式中：v为动子直线速度，M_o为电机动子标称质量，k_fo为电机标称推力系数，F_co为电机标称库伦摩擦力，D_o为电机标称粘滞摩擦系数，i_q为电机的q轴电流，F_cog为电机的定位力，F_ext为电机的其它干扰力；

将式(1)写为固定参数模型形式为：