【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁悬浮电机，尤其是一种基于改进ladrc的磁悬浮直线电机控制方法。
技术介绍
1、超精密加工技术是现代制造科学的重要发展方向之一，其发展水平是衡量一个国家科技水平的重要标志。在精密加工制造仪器中，定位平台是一个重要组成部分，定位平台在定位精度、响应速度、行程以及寿命等方面均具有较高要求。目前直线电机定位平台根据结构可分为滚珠丝杠式、气浮式、磁浮式。滚珠丝杠式摩擦力大，传动齿隙宽，难以实现高精度定位与运动控制。采用气浮支撑方式的直线驱动装置，虽具有无磨损、速度快和定位精度高等优势，但在一些真空加工环境下难以应用。磁悬浮式不仅具有气浮式的优点，还可以应用在真空环境中，但磁悬浮式直线电机为非线性系统，传统控制方法控制效果并不理想。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种基于改进ladrc的磁悬浮直线电机控制方法，实现方法简单，能提高磁悬浮直线电机的控制精度及抗扰性能。
2、本专利技术采用以下技术方案。
3、一种基于改进ladrc的磁悬浮直线电机控制方法，所述控制方法采用的控制装置包括光学平台(1)、四相式磁悬浮直线电机(3)、线性驱动器(4)、控制器(5)、上位机及两个激光位移传感器(2)；所述四相式磁悬浮直线电机与两个激光位移位移传感器均固定在光学平台上；所述电机工作过程包括以下步骤；
4、步骤一、通过两个激光位移传感器分别采集磁悬浮直线电机动子的水平位置与悬浮高度信息；
5、步骤二、控制器与两个激光位移传感器及线性驱动器相连
6、步骤三、线性驱动器与控制器及四相式磁悬浮直线电机连接，控制器将水平轴及竖直轴电流解耦，将驱动信号转换为控制电机所需的实际四相电流，通过线性驱动器将四相电流分配至电机的四相定子，使得电机动子达到期望高度及水平位置。
7、所述四相式磁悬浮直线电机包括halbach阵列动子、定子芯、四相式定子线圈、动子挡板、磁阻尼器；所述磁阻尼器用于使动子易于控制；电机工作时，通过对四相式定子线圈分配电流来对动子产生水平力及竖向力。
8、上位机与控制器连接，用于发送控制指令并显示电机动子水平位置与悬浮高度信息。
9、所述控制器包括模数、数模转换模块以及微控制器模块，控制器将两个激光位移传感器模拟信号转换为数字信号，微控制器通过改进ladrc控制算法计算电机相应工况所需的数字驱动信号，再经数模转换模块输出模拟驱动信号以驱动电机。
10、基于改进ladrc的磁悬浮直线电机控制方法，包括以下步骤；
11、步骤s1：选取四相式磁悬浮直线电机水平位置作为被控对象，建立其状态空间方程模型；
12、步骤s2:对步骤s1中状态空间方程设计第一级线性扩张状态观测器leso1；
13、步骤s3:将步骤s2中的第一级线性扩张状态观测器的扰动观测输出视为已知部分，并作为第二级线性扩张状态观测器leso2的输入，建立leso2；
14、步骤s4:建立线性误差反馈控制律lsef，该控制律输出即为水平轴电流输出；
15、步骤s5:将水平轴电流与竖直轴电流解耦为实际四相定子电流信号。
16、所述步骤s1悬浮直线电机的力学模型为：
17、
18、其中fy为水平力，单位为n；fz为竖向力，单位为n；k为磁悬浮直线电机的机电常数，单位为n/a；γ1为空间角频率，单位为1/m，且γ1＝2π/l，l磁场周期长度；z0为气隙高度，单位为m；iq,id分别为水平轴电流与竖直轴电流，单位为a；
19、所述磁悬浮直线电机的动子与定子无接触，其摩擦阻力为零，将动子等效为刚体运动，得到水平方向与竖直方向的动力学方程：
20、
21、由公式1可知，fy，fz是关于气隙z0的非线性函数，采用泰勒级数将公式2线性化，得水平方向的线性微分方程为：
22、
23、其中，m为动子质量，单位为kg；为动子在平衡位置时的竖直轴电流；将该系统写为状态空间形式，设系统变量x1＝y(t)，系统扰动状态变量x3包含了系统的内部扰动与外部扰动，令输入量令则可得到用于状态空间表述的公式4：
24、
25、所述步骤s2的leso1为：
26、
27、其中，e1为位移的观测误差值，z1为x1的观测值，z2为x2的观测值，z3为系统总扰动的观测值，β1、β2、β3为扩张状态观测器的观测增益，b0为控制器输入增益，上述增益值需配置。
28、所述步骤s3中将部分扰动观测值z3，将z3作为输入传入leso2，利用leso2对剩余扰动进行观测，其观测值为v3＝x3-z3，则v3+z3为观测到的系统总扰动；leso2建立为：
29、
30、其中，v1、v2为x1、x2的观测值，v3为剩余扰动的观测估计值。h1，h2、h3为leso2的观测增益，为简化系统参数，可令h1,2,3≈β1,2,3。
31、所述步骤s4中lsef为：
32、
33、其中r为期望值，kp、kd为反馈控制系数，u为控制器输出值。
34、所述步骤s5中将水平轴电流与竖直轴电流解耦为实际四相定子电流公式为：
35、
36、其中，ia,b,c,d为实际四相电流，单位为a；x0为动子水平位移，单位为m。
37、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所提供的磁悬浮直线电机装置具有四相定子，可减少磁悬浮直线电机的推力波动；且增加了磁阻尼器，使得磁悬浮直线电机更容易控制。所提出的一种基于改进ladrc的磁悬浮直线电机控制方法具有控制精度高，鲁棒性强的优点，具有很强的实用性和广阔的应用前景。
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1.一种基于改进LADRC的磁悬浮直线电机控制方法，其特征在于：所述控制方法采用的控制装置包括光学平台(1)、四相式磁悬浮直线电机(3)、线性驱动器(4)、控制器(5)、上位机及两个激光位移传感器(2)；所述四相式磁悬浮直线电机与两个激光位移位移传感器均固定在光学平台上；所述电机工作过程包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种基于改进LADRC的磁悬浮直线电机控制方法，其特征在于：所述四相式磁悬浮直线电机包括Halbach阵列动子、定子芯、四相式定子线圈、动子挡板、磁阻尼器；所述磁阻尼器用于使动子易于控制；电机工作时，通过对四相式定子线圈分配电流来对动子产生水平力及竖向力。
3.根据权利要求1所述的一种基于改进LADRC的磁悬浮直线电机控制方法，其特征在于：上位机与控制器连接，用于发送控制指令并显示电机动子水平位置与悬浮高度信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于改进LADRC的磁悬浮直线电机控制方法，其特征在于：所述控制器包括模数、数模转换模块以及微控制器模块，控制器将两个激光位移传感器模拟信号转换为数字信号，微控制器通过改进LADRC控
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种基于改进LADRC的磁悬浮直线电机控制方法，其特征在于：包括以下步骤；
6.根据权利要求5所述的一种基于改进LADRC的磁悬浮直线电机控制方法，其特征在于：所述步骤S1悬浮直线电机的力学模型为：
7.根据权利要求5所述的一种基于改进LADRC的磁悬浮直线电机控制方法，其特征在于：所述步骤S2的LESO1为：
8.根据权利要求5所述的一种基于改进LADRC的磁悬浮直线电机控制方法，其特征在于：所述步骤S3中将部分扰动观测值z3，将z3作为输入传入LESO2，利用LESO2对剩余扰动进行观测，其观测值为v3＝x3-z3，则v3+z3为观测到的系统总扰动；LESO2建立为：
9.根据权利要求5所述的一种基于改进LADRC的磁悬浮直线电机控制方法，其特征在于：所述步骤S4中LSEF为：
10.根据权利要求5所述的一种基于改进LADRC的磁悬浮直线电机控制方法，其特征在于：所述步骤S5中将水平轴电流与竖直轴电流解耦为实际四相定子电流公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于改进ladrc的磁悬浮直线电机控制方法，其特征在于：所述控制方法采用的控制装置包括光学平台(1)、四相式磁悬浮直线电机(3)、线性驱动器(4)、控制器(5)、上位机及两个激光位移传感器(2)；所述四相式磁悬浮直线电机与两个激光位移位移传感器均固定在光学平台上；所述电机工作过程包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种基于改进ladrc的磁悬浮直线电机控制方法，其特征在于：所述四相式磁悬浮直线电机包括halbach阵列动子、定子芯、四相式定子线圈、动子挡板、磁阻尼器；所述磁阻尼器用于使动子易于控制；电机工作时，通过对四相式定子线圈分配电流来对动子产生水平力及竖向力。
3.根据权利要求1所述的一种基于改进ladrc的磁悬浮直线电机控制方法，其特征在于：上位机与控制器连接，用于发送控制指令并显示电机动子水平位置与悬浮高度信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于改进ladrc的磁悬浮直线电机控制方法，其特征在于：所述控制器包括模数、数模转换模块以及微控制器模块，控制器将两个激光位移传感器模拟信号转换为数字信号，微控制器通过改进ladrc控制算法计算电机相应工况所...
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