一种提高永磁同步直线电机定位力补偿精度的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高永磁同步直线电机定位力补偿精度的方法，具体包括如下步骤：步骤1，建立永磁同步直线电机的数学模型；步骤2，根据永磁同步直线电机的数学模型建立基于滑模观测器永磁同步直线电机定位力扰动观测器；步骤3，根据电机预估误差通过免疫算法实时调整滑模观测器的参数。本发明专利技术解决了现有永磁同步直线电机中存在滑模参数难以适用多个速度范围的问题。范围的问题。范围的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种提高永磁同步直线电机定位力补偿精度的方法


[0001]本专利技术属于永磁同步直线电机定位力扰动观测补偿
，涉及一种提高永磁同步直线电机定位力补偿精度的方法。

技术介绍

[0002]在工业生产中直线运动需求十分广泛，相较于传统的旋转电机通过滚轴丝杠实现直线运动的方式，永磁直线电机能够直接实现直线运动。由于不需要中间传动机构因而简化了控制系统使其具有大推力、高速度、高精度的优点。但是永磁同步直线电机特有的端部效应也使得其存在着参数时变、定位力扰动等不利因素，限制了永磁直线电机的应用范围，降低了系统的控制精度。
[0003]永磁直线电机的推力波动在工业加工当中的一个重要的研究方向，同时也是提高直线电机伺服系统控制精度的关键技术。目前研究人员主要是通过优化直线电机的设计如优化初级长度、永磁体分布等方法来减小直线电机的定位力，在控制方面定位力观测主要有扩张状态观测器、雅克比观测器、扰动观测器、滑模扰动观测器等，其中滑模观测器具有对系统数学模型精度要求低、鲁棒性强的特点，使其成为直线电机定位力观测的研究热点。
[0004]滑模观测器用来观测永磁同步直线电机的定位力扰动时具有鲁棒性强的特点。然而滑模定位力观测器中滑模参数的选取具有快速性和稳定性相矛盾的特征，在直线电机中定位力通常和电机运行频率相同，因此同一个滑模参数很难在不同的运行速度下保证快速性和稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种提高永磁同步直线电机定位力补偿精度的方法，解决了现有永磁同步直线电机中存在滑模参数难以适用多个速度范围的问题。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，一种提高永磁同步直线电机定位力补偿精度的方法，具体包括如下步骤：
[0007]步骤1，在d
‑
q坐标系下，得到永磁同步直线电机电压方程和运动方程，然后根据永磁同步直线电机的运动方程以运动速度和负载扰动作为状态变量获取直线电机运动方程的状态方程；
[0008]步骤2，根据永磁同步直线电机的数学模型建立基于滑模观测器永磁同步直线电机定位力扰动观测器；
[0009]步骤3，基于永磁同步直线电机运动方程的数学模型，得到滑模定位力观测器的数学模型之后，根据步骤2中计算的速度预估误差的大小采用免疫算法对滑模定位力观测器中的滑模增益参数进行计算，得到优化后的定位力扰动观测器。
[0010]本专利技术的特点还在于，
[0011]步骤1的具体过程如下：
[0012]步骤1.1，在d
‑
q坐标系下永磁同步直线电机的电压方程如式(1)所示：
[0013][0014]式(1)中，u
d
，u
q
，i
d
，i
q
，ψ
d
，ψ
q
分别为d轴和q轴的电压、电流、磁链分量，R为电机电阻，ω为电角速度，p代表微分算子；
[0015]在d
‑
q坐标系下永磁同步直线电机的运动方程如式(2)所示：
[0016][0017]式(2)中，F
e
，F
l
，m分别为电机的电磁推力、负载推力、动子质量；
[0018]步骤1.2，根据永磁同步直线电机的运动方程写出以速度v和负载推力F
l
为状态变量的状态方程，如式(3)所示：
[0019][0020]式中，ψ
f
为永磁直线电机的永磁体磁链；v为永磁同步直线电机运行速度,为电机运行速度的微分；m为动子质量，i
q
为电流矢量在q轴的分量，为负载推力的微分，τ为电机极距。
[0021]步骤2的具体步骤为：
[0022]步骤2.1，定义速度的跟踪误差如式(4)所示：
[0023][0024]式(4)中，和v(k)分别代表k时刻预估的电机速度和实际电机速度，e1(k)代表k时刻预估速度与实际速度之差；
[0025]步骤2.2，根据选择的函数计算滑模面k时刻的值S(k)：
[0026]S(k)＝K sgn(e1(k))
ꢀꢀ
(4)；
[0027]式(4)中，K代表滑模增益；
[0028]步骤2.3，建立滑模定位力观测器如式(5)所示，并对滑模定位力观测器进行离散化得到离散的数学模型如式(6)所示，根据所建立的离散的数学模型计算速度和负载扰动：
[0029][0030]式(5)中，为滑模面，g为反馈增益,为预估的定位力扰动，P为极对数；
[0031][0032]步骤3的具体过程为：
[0033]步骤3.1，计算滑模定位力观测器的速度观测值和实际值的误差并将其当作抗原赋给免疫算法的输入；
[0034]步骤3.2，根据抗原的数量分别计算辅助性细胞T
h
和抑制性细胞T
s
的浓度；
[0035]步骤3.3，根据辅助性细胞T
h
和抑制性细胞T
s
的数量计算其对B细胞刺激的总和即免疫算法的输出；
[0036]步骤3.4，将通过免疫算法k时刻的输出赋给滑模定位力观测器的增益参数作为新的滑模增益。
[0037]步骤3.1的具体过程为：
[0038]采用如下公式(7)计算滑模定位力观测器的速度观测值和实际值的误差并将该误差当作抗原赋给免疫算法的输入：
[0039][0040]式(7)中，w(k)为k时刻抗原大小，v(k)、e1(k)分别为k时刻的预估速度、实际速度以及速度预估误差。
[0041]步骤3.2的具体过程为：
[0042]采用如下公式(8)计算辅助性细胞T
h
的浓度C
Th
(k)，采用如下公式(9)计算抑制性细胞T
s
的浓度C
Ts
(k)：
[0043]C
Th
(k)＝m1f(w(k))
ꢀꢀꢀ
(8)；
[0044]C
Ts
(k)＝m2g[Δa(k)]w(k)
ꢀꢀꢀ
(9)；
[0045]公式(9)中，Δa(k)＝a(k)
‑
a(k
‑
1)表示k与k
‑
1时刻a的差值。
[0046]步骤3.3的具体过程为：
[0047]采用如下公式(10)计算免疫算法k时刻的输出a(k)：
[0048]a(k)＝C
Th
(k)
‑
C
Ts
(k)
ꢀꢀꢀ
(10)。
[0049]步骤3.4中新的滑模增益K采用如下公式(11)表示：
[0050]K＝a(k)
ꢀꢀꢀ
(11)。
[0051]本专利技术的有益效果是，本专利技术提供的一种提高永磁同步直线电机定位力补偿精度的方法，将免疫算法与滑模定位力观测器相结合，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高永磁同步直线电机定位力补偿精度的方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1，在d
‑
q坐标系下，得到永磁同步直线电机电压方程和运动方程，然后根据永磁同步直线电机的运动方程以运动速度和负载扰动作为状态变量获取直线电机运动方程的状态方程；步骤2，根据永磁同步直线电机的数学模型建立基于滑模观测器永磁同步直线电机定位力扰动观测器；步骤3，基于永磁同步直线电机运动方程的数学模型，得到滑模定位力观测器的数学模型之后，根据步骤2中计算的速度预估误差的大小采用免疫算法对滑模定位力观测器中的滑模增益参数进行计算，得到优化后的定位力扰动观测器。2.根据权利要求1所述的一种提高永磁同步直线电机定位力补偿精度的方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程如下：步骤1.1，在d
‑
q坐标系下永磁同步直线电机的电压方程如式(1)所示：式(1)中，u
d
，u
q
，i
d
，i
q
，ψ
d
，ψ
q
分别为d轴和q轴的电压、电流、磁链分量，R为电机电阻，ω为电角速度，p代表微分算子；在d
‑
q坐标系下永磁同步直线电机的运动方程如式(2)所示：式(2)中，F
e
，F
l
，m分别为电机的电磁推力、负载推力、动子质量；步骤1.2，根据永磁同步直线电机的运动方程写出以速度v和负载推力F
l
为状态变量的状态方程，如式(3)所示：式中，ψ
f
为永磁直线电机的永磁体磁链；v为永磁同步直线电机运行速度,为电机运行速度的微分；m为动子质量，i
q
为电流矢量在q轴的分量，为负载推力的微分，τ为电机极距。3.根据权利要求2所述的一种提高永磁同步直线电机定位力补偿精度的方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤为：步骤2.1，定义速度的跟踪误差如式(4)所示：式(4)中，和v(k)分别代表k时刻预估的电机速度和实际电机速度，e1(k)代表k时刻预估速度与实际速度之差；步骤2.2，根据选择的函数计算滑模面k时刻的值S(k)：S(k)＝Ksgn(e1(k))
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)；
式(4)中，K代表滑模增益；步骤2.3，建立滑模定位力观测器如式(5)所示，并对滑模定位力观测器进行离散化得到离散的数学模型如式(6)所示，根据所建立的离散的数学模型计算速度和负载扰...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹忠刚，郭鑫，张延庆，白聪，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：