[发明专利]一种永磁直线同步电机滑模控制系统

摘要

本发明公开了一种永磁直线同步电机滑模控制系统，属于直线电机控制技术领域。首先建立永磁直线同步电机在两相同步旋转正交坐标系上的动态方程；其次，将其简化为特殊的二阶积分串联型数学模型；然后，设计一种线性扩张状态观测器得到扰动的估计值，并将其大小考虑到滑模控制律的设计中以削弱抖振现象；最后，应用李雅普诺夫稳定性理论分析了系统的稳定性。本发明最重要的特征是采用该线性扩张状态观测器可以准确地估计系统状态和扰动，并且控制系统具有很强的鲁棒性，能实现对给定位移信号的准确跟踪。此外，滑模控制的抖振现象也得到了极大地改善，适用于永磁直线同步电机伺服控制系统的设计。

主权项

1.一种永磁直线同步电机滑模控制系统，其特征在于：包括位移误差模块、扩张状态观测器、滑模面以及滑模控制律模块，其中：位移误差模块将给定位移p*与永磁直线同步电机的实际位移x1相减得到位移误差信号e1，并将其发送到滑模面；所述永磁直线同步电机简化的积分串联型数学模型，如下式所示：其中，x₁和x₂分别为永磁直线同步电机的位移和速度v，b＝K_F/M，K_F为电磁推力系数，M为载体质量，u为控制信号i_q，i_q为q轴的电流，y为系统输出，f(t)＝‑(F_L+B_vv)/M为未知的集总扰动，假设f(t)可微且导数有界，即F_L为负载转矩，B_v为粘滞摩擦系数；滑模面根据位移误差模块输出的位移误差信号e1得到滑模函数值s(e1)；所述滑模面如下式所示：其中，c表示位移误差系数，c>0，e1表示位移误差，且e1＝x1‑p*，p*为给定位移信号；扩张状态观测器根据滑模控制律模块的输出的控制信号u和永磁直线同步电机的实际位移x1对干扰进行实时在线地估计以得到干扰估计值z3，并将干扰估计值z3发送到滑模控制律模块；所述扩张状态观测器如下式所示：其中，ε>0，且α1、α2和α3为正实数；z为观测器的状态，且z1、z2和z3分别表示位移、速度和集总扰动的估计值，e为中间变量；滑模控制律模块根据滑模面输出的滑模函数值s(e1)和扩张状态观测器输出的干扰估计值z3进行运算得到控制信号u，并将其同时发送到永磁直线同步电机和扩张状态观测器；所述滑模控制律如下式所示：其中，u表示控制信号，k为指数趋近系数，s(e₁)为滑模面函数，z₃表示干扰估计值，表示给定位移信号的二阶导数，c表示位移误差系数，e₁表示位移误差；受干扰d(t)影响的永磁直线同步电机在滑模控制律模块输出信号u的作用下输出位移信号x1。