基于线性矩阵不等式与滑模控制的直线伺服位置跟踪控制制造技术

基于线性矩阵不等式与滑模控制的直线伺服位置跟踪控制,设计将机械子系统和电气子系统作为整体进行控制设计，将难以求解的复杂问题转化为相对简单的线性矩阵不等式（LMI）问题，使用Lyapunov定理证明系统稳定性，再利用MATLAB‑LMI工具箱求解其结果。利用神经网络推力观测器对端部效应、摩擦等周期性非线性因素进行离线学习以保证系统实时性，再应用于系统中对负载扰动进行观测，最终实现本发明专利技术的目的即实现系统良好的鲁棒跟踪性能。

【技术实现步骤摘要】
基于线性矩阵不等式与滑模控制的直线伺服位置跟踪控制
本专利技术涉及数控
，具体涉及一种永磁直线同步电机的位置跟踪控制方法和装置。技术背景数控技术是用数字信息对被控对象的机械运动过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造产业的渗透形成的机电一体化产品。现代数控机床与早期的数控机床最根本的区别在于其加工速度和加工精度发生了巨大变化，分别提高了近千倍。由于高速度、高精度加工技术能极大地提高加工速率、提高产品的质量和档次、提高市场竞争力，因而，以高速切削、高速进给和高加工精度为主要特征的高速切削技术已成为现代数控加工技术的重要发展趋势之一。传统直线伺服系统由电流控制(电气)子系统和速度控制(机械)子系统所构成。两个子系统中电流和速度各自的变化过程在时间尺度上相差很大，至少在一个数量级以上。在控制要求相对不高的情况下，为简化控制，通常忽略速度和电流间的非线性动态耦合，并可采用磁场定向矢量控制方法实现PMLSM的部分变量间静态解耦，以获得线性化模型。同时视两个子系统间彼此独立，互不耦合干扰，继而采用线性控制方法组成电流_速度双闭环结构以分别独立控制电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线性矩阵不等式与滑模控制相结合的直线伺服位置跟踪控制方法，其特征在于：所述控制方法根据永磁直线同步电机伺服系统将电气子系统和机械子系统作为整体进行考虑，将速度、位移、d，q轴电流及其误差作为LMI‑滑模控制器的输入，LMI‑滑模控制器的输出量uq和ud作为被控对象的输入；其中计算q轴电流期望值需利用神经网络推力观测器所观测的扰动量；整个控制系统硬件包括主电路、控制电路和被控对象三部分；控制电路包括DSP处理器、电流采样电路、动子位置采样电路、IPM隔离驱动电路和IPM保护电路；主电路包括整流滤波单元和IPM逆变单元；被控对象为三相永磁直线同步电机，机身装有光栅尺。

【技术特征摘要】
1.一种基于线性矩阵不等式与滑模控制相结合的直线伺服位置跟踪控制方法，其特征在于：所述控制方法根据永磁直线同步电机伺服系统将电气子系统和机械子系统作为整体进行考虑，将速度、位移、d，q轴电流及其误差作为LMI-滑模控制器的输入，LMI-滑模控制器的输出量uq和ud作为被控对象的输入；其中计算q轴电流期望值需利用神经网络推力观测器所观测的扰动量；整个控制系统硬件包括主电路、控制电路和被控对象三部分；控制电路包括DSP处理器、电流采样电路、动子位置采样电路、IPM隔离驱动电路和IPM保护电路；主电路包括整流滤波单元和IPM逆变单元；被控对象为三相永磁直线同步电机，机身装有光栅尺。2.根据权利要求1所述的一种基于线性矩阵不等式与滑模控制相结合的直线伺服位置跟踪控制器，其特征在于：将控制输入uq和ud分解为两部分，利用LMI设计滑模面以及滑模控制律；令q轴电压uq＝u1f+u1，d轴电压ud＝u2f+u2，其中利用控制律u1f、u2f的设计以补偿直线伺服系统的非线性动态，u1、u2作为滑模控制律来迫使系统状态轨迹趋于滑模面；定义误差状态向量：其中，为动子位移误差，为动子线速度误差，为d、q轴电流误差；系统误差状态方程为：其中系数矩阵矩阵udd为扰动量，u为系统控制输入；定义为矩阵BT的标准正交基；矩阵为两个的解；系统的滑模变量为：σ＝Sx＝(BTX-1B)-1BTX-1xueq为等效控制律，表达式为：uep＝-S·Axusw为切换控制律，表达式为：其中，边界层δ＞0，切换增益k＞0；||σ||为σ的2范数，u＝ueq+usw＝(u1u2)T。3.根据权利要求1所述的一种基于线性矩阵不等式与滑模控制相结合的直线伺服位置跟踪控制器，其特征于：设计神经网络负载推力观测器观测负载扰动；此观测器是在线性观测器的基础上并联一个神经网络观测器，二者输出的和作为最终观测值；NNTO为并联的神经网络观测器，这里选用具有一个输入节点、8个隐含层节点、两个输出节点的3层BP神经网络。4.根据权利要求2所述的一种基于线性矩阵不等式与滑模控制相结合的直线伺服位置跟踪控制器，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：永磁直线同步电机非线性数学模型建立；步骤二：永磁直线同步电机LMI-滑模控制器设计；步骤三：实现LMI-滑模控制律部分；步骤四：神经网络推力观测部分；步骤五：编写实现扰动估计实现的子程序部分。5.根据权利要求4所述的一种基于线性矩阵不等式与滑模控制相结合的直线伺服位置跟踪控制器，其特征在于：步骤一：永磁直线同步电机非线性数学模型建立；取永磁体基波励磁磁场轴线为d轴，其逆时针旋转90°电角度为q轴，使得动子电流矢量与定子磁场在空间正交；忽略磁路饱和，非线性动态数学模型可以表示如下：ψd＝Ldid+ψf(7)ψq＝Lqiq(8)ud、uq为直、交轴电压(V)；id、iq为直、交轴电流(A)；ψf为永磁体磁链(Wb)；ψd、ψq为直、交轴励磁磁链(Wb)；Ld、Lq为直、交轴电感(H)；电角速度v为动子速度(m/s)；τ为极距(mm)；Rs为定子电阻(Ω)；PMLSM的电磁推力方程为：其中，p为极对数，在表贴式永磁直线同步电机中，Ld＝Lq＝Ls(Ls为定子电感)，可得式(10)中，为电磁推力系数(N/A)；PMLSM的机械运动方程为：其中，f为广义负载扰动(N)(负载、摩擦扰动引起的推力波动之和)；取位移s，速度v，交、直轴电流iq、id为状态变量，则PMLSM状态空间方程为：其中，M为动子质量(kg)；s为动子机械位移(m)；Bv为粘滞摩擦系数(N·s/m)；d1(t)和d2(t)为电源各次谐波和其他系统不确定性造成的等效干扰输入；ud和uq为控制输入量；步骤二：永磁直线同步电机LMI-滑模控制器设计定义sref为给定位置信号，令d轴电流的期望值为跟踪给定信号时，可根据给定信号的速度、加速度以及负载扰动计算期望的q轴电流，利用公式(10)、(11)可得的q轴电流的期望值为：则位移误差：速度误差：d、q轴电流误差：由式(12)～(19)可得PMLSM的误差状态方程为：其中，根据式(20)设计控制律，将控制输入uq和ud分解：其中，利用控制律u1f、u2f的设计以补偿直线伺服系统的非线性动态...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宜标，仲原，刘春芳，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21