[发明专利]提高永磁直线同步电动机鲁棒跟踪控制精度的装置及方法

说明书

本发明提供一种提高永磁直线同步电动机鲁棒跟踪控制精度的装置及方法，涉及永磁直线同步电动机控制技术领域。该装置包括电源模块、检测电路模块、DSP处理器模块、IPM智能功率模块、永磁同步电机以及上位机模块。本发明通过模型前馈控制补偿系统的参数不确定性，提高系统的响应速度。采用自适应加加速度控制器抑制系统中外部扰动、摩擦力等不确定性因素，自适应律使鲁棒增益收敛于有界范围内，提高系统的鲁棒性；自适应加加速度控制器的输出信号积分后形成了反馈控制律，削弱了控制律中开关函数激励未建模动态引起的高频谐振，保证了控制信号的稳定性和连续性，改善永磁直线同步电动机伺服系统的控制精度。

技术领域

本发明涉及永磁直线同步电动机控制技术领域，尤其涉及一种提高永磁直线同步电动机鲁棒跟踪控制精度的装置及方法。

背景技术

传统的驱动技术主要采用“旋转电动机+滚珠丝杠”的旋转驱动方式。然而，由于中间存在着变换环节，将导致运动惯量大、刚度降低、速度变慢、稳定性变差等不良后果。为了避免上述传统驱动方式带来的不便，以永磁直线同步电动机为代表的直线电机，采用直接驱动方式而广泛地应用于半导体加工、电子设备制造等现代精密定位系统。与传统驱动方式相比，直接驱动方式加速过程缩短，传动刚度提高，不存在中间环节的磨损问题；由于负载直接作用于动子，即使在长行程传动时，系统性能特征也可以保持不变。因此直驱方式逐渐成为高速精密驱动和传动领域的研究热点。

然而，永磁直线同步电动机直接驱动的方式虽然简化了机械传动机构，但是也增加了其在高精度控制上的难度。永磁直线同步电动机伺服系统易受到外部负载力变化的影响；对系统模型参数的变化和未建模动态比较敏感；齿槽效应和端部效应使得电磁推力成周期性变化；运行过程中，会产生与动子运动速度相关的非线性摩擦力。这些不确定性因素将直接作用于永磁直线同步电动机，降低了电机伺服系统的性能，增加了控制方面的难度。因此，如何对上述不确定性因素进行补偿以满足高速度高精度的控制要求，将对加快研发前沿技术具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种提高永磁直线同步电动机鲁棒跟踪控制精度的装置及方法，以实现直线电机伺服系统的高精度定位目标。

本发明所采取的技术方案是：

一方面，本发明提供高永磁直线同步电动机鲁棒跟踪控制精度的装置，包括电源模块、检测电路模块、DSP处理器模块、IPM智能功率模块、永磁直线同步电动机以及上位机模块；

所述电源模块包括三相交流电源、整流电路以及IPM逆变电路；所述整流电路的输入端与三相交流电源相连，输出端与所述IPM逆变电路的输入端相连；IPM逆变电路输出端连接所述永磁直线同步电动机；

所述DSP处理器模块包括DSP处理器及外围电路，所述DSP处理器的PWM端口经过IPM保护隔离驱动电路连接至IPM逆变电路的输入端；所述外围电路包括电平转换电路、Fault信号采集电路、DSP晶振电路、JTAG接口电路、DSP复位电路；所述电平转换电路将电源电压转换为DSP处理器供电的工作电压；所述Fault信号采集电路与DSP处理器外部中断引脚连接，所述DSP晶振电路为DSP处理器提供30MHz的工作频率，晶振电路的引脚1和引脚4分别连接DSP的X1接口和X2接口；所述JTAG接口电路的引脚1、2、3、7、9、11、13、14分别接DSP的引脚79、78、76、77、87、87、85、86；所述复位电路用于将整个电路恢复至起始状态，复位电路中1脚接DSP的80脚；

所述检测模块包括电流检测电路、霍尔传感器、位置速度检测电路和光栅尺；所述电流检测电路的输入端通过所述霍尔传感器连接IPM逆变电路的输出端，电流检测电路的输出端连接所述DSP处理器的电流信号输入端；所述位置速度检测电路的输入端通过所述光栅尺连接永磁直线同步电机的输出端，位置速度检测电路的输出端连接DSP处理器的位置速度信号输入端；

所述IPM隔离保护驱动电路的输入端与所述DSP处理器的PWM端口相连，输出端与IPM逆变电路的输入端相连；