永磁直線同步電機(jī)的自適應(yīng)二階終端滑模控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種永磁直線同步電機(jī)的自適應(yīng)二階終 端滑?？刂葡到y(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信對(duì)控制對(duì)象的機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行控制的技術(shù)，數(shù)控裝備是以 數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造產(chǎn)業(yè)的滲透形成的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床與早期的數(shù)控機(jī)床最根本的區(qū)別在于其加工速度和加工精度發(fā)生了巨大變 化，分別提高了近千倍。由于高速度、高精度加工技術(shù)能極大地提高加工速率、提高產(chǎn)品的 質(zhì)量和檔次、提高市場競爭力，因而，以高速切削、高速進(jìn)給和高加工精度為主要特征的高 速切削技術(shù)已成為現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的重要發(fā)展趨勢之一。
[0003] 長期以來，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)主要是"旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠"，這種伺服形式結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，且存在傳動(dòng)間隙及彈性變形等造成運(yùn)動(dòng)滯后和其它非線性誤差等一系列問題，難 以獲得很高的加速度和定位精度。采用PMLSM的直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)在一定程度上解決了上述問 題，它消除了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所帶來的不良影響，在高精度、高速響應(yīng)、微進(jìn)給伺服系統(tǒng)應(yīng)用 中具有非常大的優(yōu)勢。但是，由于直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，系統(tǒng)的參數(shù)攝動(dòng)、負(fù)載擾動(dòng)等 不確定因素將毫無衰減地直接反映到直線電機(jī)的動(dòng)子上，使系統(tǒng)對(duì)負(fù)載擾動(dòng)和參數(shù)變化都 很敏感，所以要求系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性，這對(duì)直線電機(jī)控制器提出了更高的要求。
[0004] 學(xué)者們提出了一些控制方法，如采用魯棒控制理論設(shè)計(jì)控制器，可使系統(tǒng)具有很 好的魯棒性，但具有一定的保守性；采用自適應(yīng)控制理論設(shè)計(jì)控制器，可以有效克服參數(shù)變 化對(duì)系統(tǒng)的影響，但在參數(shù)變化較快、外部干擾頻率高的情況下則效果不佳。采用滑模變結(jié) 構(gòu)控制理論設(shè)計(jì)控制器，具有魯棒性強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)簡單的優(yōu)點(diǎn)，然而由于其控制作用的不連續(xù)性 會(huì)導(dǎo)致抖振現(xiàn)象。采用終端滑?？刂评碚撛O(shè)計(jì)控制器，改善了系統(tǒng)的收斂特性，但存在奇異 性問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 發(fā)明目的
[0006] 針對(duì)現(xiàn)有控制技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型提供了一種永磁直線同步電機(jī)的自 適應(yīng)二階終端滑?？刂葡到y(tǒng)，將二階滑?？刂?、終端滑模控制與自適應(yīng)控制方案相結(jié)合，最 終實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的即實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速響應(yīng)，提高系統(tǒng)的魯棒性。
[0007] 技術(shù)方案
[0008] -種永磁直線同步電機(jī)的自適應(yīng)二階終端滑?？刂葡到y(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包 括主電路、控制電路和控制對(duì)象三部分；控制電路包括DSP、位置和速度檢測電路、電流檢 測電路、光耦隔離電路、驅(qū)動(dòng)電路及故障檢測和保護(hù)電路；DSP的QEP端口連接位置和速度 檢測電路，DSP的ADC端口連接電流檢測電路，DSP的PWM端口和H)PINT端口連接光耦隔離 電路，光耦隔離電路連接驅(qū)動(dòng)電路和故障檢測和保護(hù)電路，驅(qū)動(dòng)電路連接主電路；主電路包 括調(diào)壓電路、整流濾波單元和IPM逆變單元；控制對(duì)象為三相永磁直線同步電機(jī)，機(jī)身裝有 光柵尺；調(diào)壓電路連接整流濾波單元，整流濾波單元連接IPM逆變單元，IPM逆變單元連接 三相永磁直線同步電機(jī)。
[0009] DSP的SCI端口連接上位機(jī)，DSP的SPI端口連接顯示電路，DSP的GPI0端口連接 I/O接口電路；故障檢測和保護(hù)電路連接控制電源。
[0010] DSP采用TMS320F28335 處理器。
[0011] 優(yōu)點(diǎn)及效果
[0012] 本實(shí)用新型是一種永磁直線同步電機(jī)的自適應(yīng)二階終端滑模控制系統(tǒng)，具有以下 優(yōu)點(diǎn)：
[0013] 針對(duì)永磁直線同步電機(jī)（PMLSM)伺服系統(tǒng)，本實(shí)用新型提出一種永磁直線同步電 機(jī)的自適應(yīng)二階終端滑?？刂葡到y(tǒng)。在設(shè)計(jì)上解決了原有終端滑模控制存在奇異性的問 題。利用二階滑模的超螺旋控制律，將系統(tǒng)的不連續(xù)控制作用在滑模變量的高階微分上，從 而削弱了系統(tǒng)抖振。引入自適應(yīng)控制對(duì)超螺旋算法的控制增益進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，以克服控制 增益需不確定性的界來確定的局限性，進(jìn)而提高系統(tǒng)的控制性能，最終實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的 目的即提高系統(tǒng)的魯棒性，削弱系統(tǒng)的抖振。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本實(shí)用新型自適應(yīng)二階終端滑?？刂破飨到y(tǒng)框圖。
[0015] 圖2為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的硬件控制系統(tǒng)原理圖。
[0016] 圖3(a)電機(jī)控制系統(tǒng)主電路原理圖。
[0017] 圖3(b)A、B相電流采樣電路原理圖。
[0018] 圖3(c)光柵尺信號(hào)采樣電路原理圖。
[0019] 圖3(d)驅(qū)動(dòng)電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 針對(duì)永磁直線同步電機(jī)（PMLSM)伺服系統(tǒng)易受參數(shù)變化和負(fù)載擾動(dòng)等不確定因 素影響，本實(shí)用新型提供了一種永磁直線同步電機(jī)的自適應(yīng)二階終端滑模控制系統(tǒng)，將二 階滑?？刂啤⒔K端滑?？刂婆c自適應(yīng)控制方案相結(jié)合，根據(jù)永磁直線同步電機(jī)伺服系統(tǒng)給 定速度信號(hào)和反饋速度信號(hào)相比較得到誤差量，以這個(gè)誤差量設(shè)計(jì)終端滑模面，避免奇異 性問題。以二階滑?？刂频某菪惴ㄗ鳛樗俣瓤刂破鞯妮斎?，并且引入自適應(yīng)控制對(duì)超 螺旋算法的控制增益進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的即實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速響應(yīng)， 提高系統(tǒng)的魯棒性。
[0021] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明：
[0022] 圖1為永磁直線同步電機(jī)的自適應(yīng)二階終端滑?？刂葡到y(tǒng)的原理框圖，其中/為 系統(tǒng)速度的給定值，〇為與系統(tǒng)誤差有關(guān)的滑模切換面，^為負(fù)載阻力，系統(tǒng)跟蹤誤差為e _ * =V-Vo
[0023] 系統(tǒng)的終端滑模變量為：
[0024] 其中，vGR+，p，q為奇數(shù)，要求1 <p/q< 2來滿足滑模面的非奇異性。
[0025] 采用自適應(yīng)控制對(duì)超螺旋算法的控制增益0進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使系統(tǒng)的滑模變量 〇及其一階導(dǎo)數(shù)在有限時(shí)間內(nèi)收斂為零；
[0026] 具體算法如下：
[0027]
[0028] 超螺旋控制算法使系統(tǒng)狀態(tài)軌跡在有限時(shí)間內(nèi)收斂到滑模面的充分條件為：
[0029]
[0030] 定義超螺旋算法的控制增益0的自適應(yīng)律為：
[0031]
[0032]其中，y> 0,k> 0，e> 0。
[0033] 圖2為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的硬件控制系統(tǒng)原理圖。該系統(tǒng)包括主電路、控制電路和 控制對(duì)象三部分；控制電路包括DSP、位置和速度檢測電路、電流檢測電路、光耦隔離電路、 驅(qū)動(dòng)