一種永磁直線電機伺服控制方法技術

本發明專利技術公開了一種永磁直線電機伺服控制方法，位置環和q軸電流環組成位置電流控制器，速度環和q軸電流組成速度電流控制器，位置電流控制器和速度電流控制器采用并行控制方式輸出q軸電壓給定Uq；d軸電流采用PI控制輸出d軸電壓給定Ud；Uq和Ud經過Park變換后，輸出控制量Uα和Uβ，Uα和Uβ經過SVPWM輸出六路脈沖信號，六路脈沖信號通過三相逆變電源的六個功率開關管進行三相逆變，最終輸出施加在三相永磁直線電機上的三相電壓，實現對三相永磁直線電機的控制。本發明專利技術方法提高了直線電機伺服控制系統的穩定性、精確度和動態響應。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種永磁直線電機伺服控制方法，屬于電機伺服及控制技術。
技術介紹
直線電機具有直接驅動、高推力、高剛度及長行程等優點成為國內外機床行業制造高級加工的首選。在機床進給伺服系統中，相比于原旋轉電機，直線電動機取消了電動機與工作臺的機械機構，縮短了傳動鏈，從而可以實現直接驅動的高速響應，減小了機械摩擦和跟蹤滯后，提高了機床的效率與精度。由于取消了傳動裝置，直線電機可以實現瞬時啟動，高速時瞬時停止，在高速切削中得到很好應用。根據控制精度和動態性能的要求，直線電機的位置伺服控制系統中常常有多種控制方式。對控制要求較低的場合可以采用位置單環，外加電流保護的控制策略。單環很難達到精確的精度要求和很高的性能要求。雙環控制系統包括電流內環和位置外環，可以實現勵磁和推力的解耦，進行矢量控制，既可以抑制電流的波動又可以實現位置的快速跟蹤，由于沒有速度控制，系統帶載能力較弱，適用于輕載的場合。三環控制系統包括位置環、速度環、電流環，組成串聯控制系統，三環控制系統抗干擾能力較強、帶載能力強，由于位置外環調節需要經過速度環和電流環，導致滯后調節，產生跟蹤誤差。永磁直線電機由于存在齒槽效應、端部效應，系統參數(動子質量、粘滯摩擦系數等)變化，推力波動等非線性因素，直線電機系統是一個多變量、時變的非線性系統，在要求較高的伺服控制場合，傳統的PID控制器很難達到精準的控制要求。采用智能控制可以實現比PID控制更好效果。
技術實現思路
專利技術目的：為了彌補位置、電流環雙環控制帶載能力弱的缺點，克服位置速度、電流環三環控制滯后的不足，同時提高速度環和位置環的控制精度，本專利技術提供一種新的永磁直線電機伺服控制方法；該方法同時采用位置電流控制器和速度電流控制器并聯的控制策略，采用模糊分類思想使得兩種控制器共同對輸出控制量做出貢獻，能夠有效地提高電機的目標跟蹤特性和抗干擾特性，減小穩態誤差和響應時間，從而獲得更為理想的控制性能。同時，本專利技術在位置電流控制器和速度電流控制器均采用了神經內膜控制方法，這是一種較好的針對時變性和非線性的控制方法，能夠進一步提高電機伺服系統的跟蹤特性和抗干擾特性。技術方案：為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案為：一種永磁直線電機伺服控制方法，位置環和q軸電流環組成位置電流控制器，速度 環和q軸電流組成速度電流控制器，位置電流控制器和速度電流控制器采用并行控制方式輸出q軸電壓給定Uq；d軸電流采用PI控制輸出d軸電壓給定Ud；Uq和Ud經過Park變換后，輸出控制量Uα和Uβ，Uα和Uβ經過SVPWM輸出六路脈沖信號，六路脈沖信號通過三相逆變電源的六個功率開關管進行三相逆變，最終輸出施加在三相永磁直線電機上的三相電壓，實現對三相永磁直線電機的控制。所述位置電流控制器包括位置控制器和電流控制器；位置控制器采用位置神經內膜控制，輸入為位置給定x*和位置反饋x，位置跟蹤誤差ex在線調整位置神經內膜控制器的權重ωx，輸出為位置電流控制器的q軸電流給定電流控制器采用PI控制，位置電流控制器的q軸電流給定與q軸電流反饋iq相減后，經PI控制器輸出位置電流控制器的q軸電壓給定Ux。所述速度電流控制器包括速度控制器和電流控制器；速度控制器采用速度神經內膜控制，輸入為速度給定v*和速度反饋v，速度跟蹤誤差ev在線調整速度神經內膜控制器的權重ωv，輸出為速度電流控制器的q軸電流給定電流控制器采用PI控制，速度電流控制器的q軸電流給定與q軸電流反饋iq相減后，經PI控制器輸出速度電流控制器的q軸電壓給定Uv。所述ωx和ωv通過模糊分類控制器和權重分配器確定，模糊分類控制器包括位置模糊分類控制器和速度模糊分類控制器；位置模糊分類控制器采用二維模糊控制器，二維模糊控制器對位置跟蹤誤差ex和位置跟蹤誤差導數ecx進行模糊分類，并輸出位置電流控制器的空間隸屬度μx；速度模糊分類控制器采用二維模糊控制器，二維模糊控制器對速度跟蹤誤差ev和速度跟蹤誤差導數ecv進行模糊分類，并輸出速度電流控制器的空間隸屬度μv；權重分配器對μx和μv進行歸一化分配得到ωx和ωv；Uq＝ωxUx+ωvUv。所述位置神經內膜控制(Neural Network Internal Model Control of Position，簡稱NNIMCP)包括位置神經網絡控制器(Neural Network Control of Position，簡稱NNCP)和位置神經網絡內部模型(Neural Network Model of Position，簡稱NNMP)兩部分；其 中位置神經網絡控制器NNCP采用5-7-1三層神經網絡結構，采用梯度下降法進行在線調整；位置神經網絡內部模型NNMP采用4-7-1三層神經網絡結構，采用梯度下降法進行在線調整；所述速度神經內膜控制(Neural Network Internal Model Control of Velocity，簡稱NNIMCV)包括速度神經網絡控制器(Neural Network Control of Velocity，簡稱NNCV)和速度神經網絡內部模型兩部分(Neural Network Model of Velocity，簡稱NNMV)；其中速度神經網絡控制器NNCV采用6-7-1三層神經網絡結構，采用梯度下降法進行在線調整；速度神經網絡內部模型NNMV采用5-7-1三層神經網絡結構，采用梯度下降法進行在線調整。所述d軸電流采用PI控制，d軸電流給定與d軸電流反饋id相減后，經PI控制器輸出d軸電壓給定Ud；優選的，所述d軸電流給定有益效果：本專利技術提供的永磁直線電機伺服控制方法，通過模糊分類控制器和并行雙模型控制器和PI控制器實現直線電機的整體控制。模糊分類控制器可以對位置和速度控制效果進行模糊分類，確定雙控制器的各自控制器的控制效果好壞，確定各自模型的隸屬度，當位置控制不佳時，加大位置實時控制，當速度不佳時，加大速度控制，當負載變化時引起加速度的瞬時改變，速度控制模型可以及時得到反饋，速度模糊控制器輸出隸屬度增加，速度電流控制模型起主要作用，實現系統的快速響應；當位置改變時，位置模糊控制器輸出隸屬度增加，位置電流控制其主要作用，實現位置的快速跟蹤。在穩態時速度控制模型起作用較弱，位置環起主導作用，實現伺服系統的快速跟蹤。其中位置和速度控制采用神經內模控制智能控制，可以迅速抵抗負載或者外部環境變化所引起的參數變化擾動，進一步提高了系統控制精度和抗干擾性能。本專利技術從傳統位置速度電流三環串級和位置電流兩環控制的優缺點出發，設計了雙模型的并行式控制，可以實現定位準確和快速響應，并采用了神經內模控制，對于負載和外部環境變化時，能迅速響應，抗干擾能力強，同時提高系統的穩態精度。附圖說明圖1為本專利技術的應用系統框圖；圖2為位置電流控制器的結構示意圖；圖3為速度電流控制器的結構示意圖；圖4為位置跟蹤誤差模糊隸屬度函數；圖5為速度跟蹤誤差模糊隸屬度函數；圖6為位置電流控制器空間隸屬度μx函數；圖7為速度電流控制器空間隸屬度μv函數；圖8為神經內模控制器中神經控制流程圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作更進一步的說明。一種永磁直線電機伺服控制方法，圖1是系統的整體控制框圖。通過光柵尺對位置和速度進行檢測，電流通過電流傳感本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種永磁直線電機伺服控制方法，其特征在于：位置環和q軸電流環組成位置電流控制器，速度環和q軸電流組成速度電流控制器，位置電流控制器和速度電流控制器采用并行控制方式輸出q軸電壓給定Uq；d軸電流采用PI控制輸出d軸電壓給定Ud；Uq和Ud經過Park變換后，輸出控制量Uα和Uβ，Uα和Uβ經過SVPWM輸出六路脈沖信號，六路脈沖信號通過三相逆變電源的六個功率開關管進行三相逆變，最終輸出施加在三相永磁直線電機上的三相電壓，實現對三相永磁直線電機的控制。

【技術特征摘要】
1.一種永磁直線電機伺服控制方法，其特征在于：位置環和q軸電流環組成位置電流控制器，速度環和q軸電流組成速度電流控制器，位置電流控制器和速度電流控制器采用并行控制方式輸出q軸電壓給定Uq；d軸電流采用PI控制輸出d軸電壓給定Ud；Uq和Ud經過Park變換后，輸出控制量Uα和Uβ，Uα和Uβ經過SVPWM輸出六路脈沖信號，六路脈沖信號通過三相逆變電源的六個功率開關管進行三相逆變，最終輸出施加在三相永磁直線電機上的三相電壓，實現對三相永磁直線電機的控制。2.根據權利要求1所述的永磁直線電機伺服控制方法，其特征在于：所述位置電流控制器包括位置控制器和電流控制器；位置控制器采用位置神經內膜控制，輸入為位置給定x*和位置反饋x，位置跟蹤誤差ex在線調整位置神經內膜控制器的權重ωx，輸出為位置電流控制器的q軸電流給定電流控制器采用PI控制，位置電流控制器的q軸電流給定與q軸電流反饋iq相減后，經PI控制器輸出位置電流控制器的q軸電壓給定Ux；所述速度電流控制器包括速度控制器和電流控制器；速度控制器采用速度神經內膜控制，輸入為速度給定v*和速度反饋v，速度跟蹤誤差ev在線調整速度神經內膜控制器的權重ωv，輸出為速度電流控制器的q軸電流給定電流控制器采用PI控制，速度電流控制器的q軸電流給定與q軸電流反饋iq相減后，經PI控制器輸出速度電流控制器的q軸電壓給定Uv；所述ωx和ωv通過模糊分類控制器和權重...

【專利技術屬性】
技術研發人員：余海濤，張濤，程帆，胡敏強，黃磊，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32