一种永磁直线同步电机控制装置及方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105915145A(43)申请公布日2016.08.31(21)申请号201610340964.X(22)申请日2016.05.19(71)申请人沈阳工业大学地址110178辽宁省沈阳市经济技术开发区沈辽西路111号(72)发明人孙宜标李小营王丽梅(74)专利代理机构沈阳智龙专利事务所(普通合伙)21115代理人宋铁军(51)Int.Cl.H02P23/00(2016.01)H02P23/14(2006.01)H02P25/06(2016.01)权利要求书4页说明书9页附图6页(54)发明名称一种永磁直线同步电机控制装置及方法(57)摘要一种永磁直线同步电机控制装置和方法。本发明结合反演算法与动态面滑模方法设计永磁直线同步电机反演动态面滑模控制器，保留了反演法在实现不确定非线性系统鲁棒控制方面的优越性，又解决了反演滑模算法需要被控对象的精确建模信息的缺点，同时采用动态面的控制方法，利用一阶积分滤波器来计算虚拟控制的倒数，消除积分项的膨胀。该控制方法的设计包括主电路、控制电路和控制对象三部分；主电路包括整流滤波单元和IPM逆变单元；控制电路包括DSP、速度检测电路、电流检测电路、光耦隔离电路、驱动电路及故障检测；控制对象为三相永磁直线同步电机，机身装有光栅尺。实现了系统的快速响应，有效的削弱的系统的抖振，同时提高了系统的鲁棒性。CN105915145ACN105915145A权利要求书1/4页1.一种永磁直线同步电机控制装置，其特征在于：该装置包括主电路、控制电路和控制对象三部分；所述主电路包括整流滤波单元和IPM逆变单元；所述控制电路与所述IPM逆变单元连接并控制IPM逆变单元中的开关管通断；所述控制电路中包括：用于接收速度、电流信号，根据接收信号执行反演动态面滑模控制算法，产生控制IPM逆变单元开关管通断的驱动信号的DSP处理器；与光栅尺连接，并将光栅尺采集的速度信号转变为数字量，输入DSP处理器的速度检测电路；将检测到的电流模拟量转变为数字量，输入DSP处理器的电流检测电路；用于隔离控制电路和IPM模块，同时驱动IPM模块中开关管工作的光耦隔离电路和驱动电路；用于检测故障的故障检测电路；所述控制对象为三相永磁直线同步电机，该电机的机身装有光栅尺。2.根据权利要求1所述的永磁直线同步电机控制装置，其特征在于：所述的整流滤波单元经IPM逆变单元的输出端连接三相永磁直线同步电机；IPM逆变单元经电流检测电路连接DSP处理器的A/D通道，永磁直线同步电机的输出端经光栅尺速度检测电路、编码器后，连接至DSP处理器的数字I/O口，DSP处理器的一路输出端经光耦隔离电路和驱动电路连接至IPM逆变单元的另一路输入端。3.一种如权利要求1所述的永磁直线同步电机控制装置的控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1：给定永磁直线同步电机速度信号，该速度信号转换为控制电机运转的电流信号，使电机开始运动；步骤2：采集永磁直线同步电机动子的实测速度信号和电流信号；步骤3：利用步骤2采集的数据，采用反演动态面滑模控制算法，得出控制律，即永磁直线同步电机的控制电流，整个计算过程均在DSP中实现；具体步骤如下：步骤3.1建立永磁直线同步电机的机械运动方程和动态方程，如下：建立永磁直线同步电机的机械运动方程及系统动态方程，确定永磁直线同步电机动子速度与控制电流关系式；建立d-q轴坐标系：对于永磁直线同步电机，取永磁体基波励磁磁场轴线为d轴，而超前d轴90度电度角的为q轴；令电流内环d轴电流分量id＝0，使定子电流矢量和永磁体磁场在空间上正交，则永磁直线同步电机的电磁推力方程和机械运动方程表达式为：Fe＝kfiq(1)式中，kf为电磁推力常数，iq为q轴电流，M为永磁直线同步电机动子及负载所带的总质量，FL为负载力，B为粘滞摩擦系数，v为动子速度，表示动子速度的一阶导数，即动子加速度；2CN105915145A权利要求书2/4页则有：式中d为动子的线位移；状态变量选择为在id＝0的情况下，此时，PMLSM系统的状态方程可简化为：其中考虑控制扰动，将状态方程写成标准形式其中g(x，t)＝k1≠0步骤3.2：设计反演动态面滑模控制器步骤3.2.1：将永磁直线同步电机动子的实际位置与给定的永磁直线同步电机位置信号作差，得到系统位置跟踪误差，定义位置跟踪误差为：**z1＝d-d＝x1-d(8)*其中，d为速度给定；选择z1为状态变量，构成子系统，定义李雅普诺夫函数定义z2＝x2-α1(12)则取α1为的低通滤波器的输出，定义且满足则有所产生的滤波误差定义为步骤3.2.2考虑位置跟踪、虚拟控制和滤波误差，结合滑模变结构控制定义滑模面为s＝z2(18)定义新的李雅普诺夫函数为3CN105