[发明专利]一种动圈式直线电机滑模-自抗扰控制方法

说明书

本发明涉及一种动圈式直线电机滑模‑自抗扰控制方法，属于电机控制领域。方法包括：建立动圈式直线电机动力学模型，设计内电流环PI控制器；在外位制环的设计中，远离设定滑模面时采用滑模控制，通过滑模面与趋近律的设计实现快速响应，当运动到达设定的滑模面时采用自抗扰控制消除抖振，通过最速跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈控制律的设计提高系统稳定性、减少系统超调、实现“软着陆”控制。本发明相对于PID控制与滑模控制，在阶跃响应时间、系统稳定性、控制精度等方面具有更好的控制效果，同时对负载变化以及噪声具有较强的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种动圈式直线电机滑模-自抗扰控制。

背景技术

随着现代化科学技术的发展，直线电机备受关注，已经应用于军事、航空航天、机器人运动及现代机床等领域。目前直线运动机构驱动领域主要采用旋转电机加运动转化机构的技术形式，市场正处于技术换代的初期，直线直接驱动装置逐渐开始侵蚀市场份额，动圈式直线电机则是其中最具有市场潜力的产品之一。

为了提升动圈式直线电机的性能，技术人员进行了大量的研究，提出新型动圈式直线电机结构、分析动圈式直线电机性能、研究动圈式直线电机控制技术等。其中动圈式直线电机的控制技术一直是直线电机结构与性能研究的热点。传统的PID控制、解耦控制和极点配置等方法以及现代控制算法如自适应控制、鲁棒控制、预见控制和滑模变结构控制等方法都在动圈式直线电机控制中不断地得到应用。在实际控制系统实现过程中，滑模控制由于其本质上的不连续开关特性会引起系统在其滑模面的高频抖振影响系统的稳态精度甚至使系统失稳以致损坏被控系统；传统自抗扰控制器由于组成的TD和ESO中不带零点的滤波器引起的低频相位滞后，进而影响系统初始的响应速度。

本发明的一种动圈式直线电机滑模-自抗扰控制方法，在系统远离目标滑模面时采用滑模控制实现快速响应，在到达滑模面并趋近目标位移时采用自抗扰控制消除高频抖振，提高阶跃响应时间、系统稳定性、控制精度等方面控制效果，同时提高对负载变化以及噪声的鲁棒性。

发明内容

设计一种动圈式直线电机滑模-自抗扰控制方法目的在于，采用内电流环采用PI控制的双闭环控制，其中外位移环在系统远离目标滑模面时采用滑模控制实现快速响应，在到达滑模面并趋近目标位移时采用自抗扰控制消除高频抖振，提高阶跃响应时间、系统稳定性、控制精度等方面控制效果，同时提高对负载变化以及噪声的鲁棒性。

一种动圈式直线电机滑模-自抗扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立动圈式直线电机动力学模型；

步骤2、设计内电流环PI控制器；

步骤3、设计外位移环模态选择方法，远离目标位移点时采用滑模控制，接近目标位移点时采用自抗扰控制；

步骤4、设计滑模面、趋近律以及滑模控制器；

步骤5、设计包括最速跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈控制律的自抗扰控制器。

所述步骤1建立动圈式直线电机动力学模型的状态方程：

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