[发明专利]一种直线电机系统的预设性能鲁棒运动控制方法

说明书

本发明公开了一种直线电机系统的预设性能鲁棒运动控制方法，包括以下具体步骤：建立直线电机系统的运动方程；系统预设性能鲁棒运动控制输入信号设计；基于设计的运动控制信号控制直线电机系统。本发明通过引入预设性能函数及障碍李亚普诺夫函数进行直线电机系统的预设性能鲁棒运动控制输入信号的设计，实现了系统控制过程中跟踪误差的暂态性能和稳态性能的预先设置，解决了系统高频扰动不易估计以及系统初始调节阶段超调过大的问题，且使得系统稳态控制精度满足预设性能要求。

技术领域

本发明涉及电机控制方法领域，具体是一种直线电机系统的预设性能鲁棒运动控制方法。

背景技术

直线电机由于结构简单，几乎无机械摩擦损耗以及可以实现直接传动，传动效率高等特点，近年来，直线电机在数控机床、3D打印以及机器人等设备上获得了广泛的应用。

由于直线电机系统模型中的摩擦力耦合有符号函数，因此当系统运动部分的速度趋于平衡点附件时极容易引起高频扰动，且该高频扰动信号很难通过设计相关的干扰观测器加以有效估计，这将严重影响系统的控制精度，尤其是在直线电机系统高精度的应用场合，这一问题将更加凸显。另外，当系统的初始误差较大时，系统的初始调节阶段往往存在超调量过大的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种直线电机系统的预设性能鲁棒运动控制方法，以解决现有技术直线电机系统存在的控制精度易受扰动、超调量过大的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种直线电机系统的预设性能鲁棒运动控制方法，包括以下步骤：

步骤1、基于预设性能函数方法并引入障碍李亚普诺夫函数，建立直线电机系统的预设性能鲁棒运动控制输入信号如公式(14)所示：

公式(14)中，u为直线电机系统的预设性能鲁棒运动控制输入信号；m₀为直线电机系统运动部分质量m的名义值；为待设计虚拟控制信号的一阶导数；控制输入信号设计参数e₁为直线电机系统的位置跟踪误差；e₂为辅助误差变量；μ为时变预设性能函数。

步骤2、基于步骤1建立的预设性能鲁棒运动控制输入信号，控制直线电机系统工作。

进一步的，步骤1过程如下：

(1)、建立直线电机系统的运动方程如公式(1)所示：

公式(1)中，m为直线电机系统运动部分质量；y为系统运动部分位置，为y的一阶导数，为y的二阶导数；u为控制输入信号；f为摩擦力；d为系统受到的有界不确定性；k_v为粘性摩擦系数；k_c为库仑摩擦系数；sign(·)表示符号函数；

假设系统参数的不确定性满足以下关系：

公式(2)中，m₀，k_v0，k_c0分别对应为直线电机系统运动部分质量m、粘性摩擦系数k_v、粘性摩擦系数k_v的名义值；Δm，Δk_v，Δk_c分别表示对应参数的不确定部分；

由于可以表示为：

公式(3)中，为不确定部分；

根据公式(2)、(3)可将公式(1)可重写为：

公式(4)中，表示系统的总和扰动，且f＝f₀+Δf，