[发明专利]一种永磁直线电机无速度传感器控制系统

权利要求书

1.一种永磁直线电机无速度传感器控制系统，所述控制系统包括：电流PI控制器、Park变换模块和反Park变换模块，其特征在于，所述控制系统还包括：电机电流误差估计模块、估计速度自适应率模块、扩展状态观测器、误差反馈控制器和总扰动补偿模块；

电机电流误差估计模块，用于接收电流PI控制器输出的电机dq轴电压u_d和u_q，将u_d和u_q同时输入至永磁直线电机的参考模型和可调模型，分别得到定子电流实际值和定子电流观测值，将两者的差值输出至估计速度自适应率模块；

估计速度自适应率模块，用于根据波波夫超稳定性理论，得到估计速度自适应率反馈至可调模型，使自适应调整可调模型与参考模型的输出误差趋于0，由速度自适应率得到估计速度，并传递给电机速度调节器，对估计速度积分得到估计位置，输出至Park变换模块和反Park变换模块；

扩展状态观测器，用于接收电机运行速度估计值和总扰动补偿模块返回的q轴给定电流信号，估计电机控制系统内外扰总和，输出总扰动观测值至总扰动补偿模块，输出电机运行速度跟踪值至误差反馈控制器；

误差反馈控制器，用于接收扩展状态观测器输出的电机运行速度跟踪值，对电机速度给定值和电机运行速度跟踪值的差值进行非线性控制，输出补偿前q轴给定电流信号至总扰动补偿模块；

总扰动补偿模块，用于接收补偿前q轴给定电流信号和总扰动观测值，对总扰动进行前馈补偿，得到q轴给定电流信号，输出至电流PI控制器及扩展状态观测器。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述永磁直线电机的参考模型为：

永磁直线电机的可调模型为：

其中，u′_d、u′_q、i′_d和i′_q分别为等效d轴定子电压、等效q轴定子电压、等效d轴定子电流和等效q轴定子电流，是动子电角速度估计值，和分别是等效d轴定子电流估计值和等效q轴定子电流估计值，R_s表示定子电阻，L_d和L_q分别表示d轴和q轴定子电感，ψ_f表示永磁体磁链，ω_e表示动子电角速度。

3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，将参考模型与可调模型作差，得到误差状态方程：

其中，

通过波波夫超稳定性理论，得到估计速度的自适应率为：

进而得到估计位置为：

其中，和分别是d轴定子电流估计值和q轴定子电流估计值，s为拉普拉斯算子，k_p和k_i分别为比例控制参数和积分控制参数，τ为电机极距，为动子直线速度估计值，为用于坐标变换的位置估计值。

4.如权利要求1至3任一项所述的控制系统，其特征在于，所述扩展状态观测器为：

其中，表示电机运行速度估计值，v表示的跟踪值，表示v的微分，f(t)表示扰动总和的观测值，β₁和β₂表示观测器参数，e₂表示误差信号，b表示电机已知模型的补偿增益，表示q轴给定电流信号，表示f(t)的微分。

5.如权利要求1至3任一项所述的控制系统，其特征在于，所述误差反馈控制器为：

其中，e₃表示误差信号，表示电机速度给定值，v表示的跟踪值，i_q0表示补偿前的q轴给定电流信号，k表示误差反馈控制器参数，fal(e₃,α,δ)表示非线性控制函数，α和δ分别表示非线性因子和滤波系数。

6.如权利要求1至3任一项所述的控制系统，其特征在于，所述总扰动补偿模块为：

其中，表示q轴给定电流信号，i_q0表示补偿前的q轴给定电流信号，f(t)表示扰动总和的观测值，b表示电机已知模型的补偿增益。

7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，

其中，M表示电机动子质量，τ表示电机极距，ψ_f表示永磁体磁链，F_l表示负载力，F_d表示端部效应引起的推力波动。