本發(fā)明屬于電機(jī)控制相關(guān)，更具體地，涉及一種永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、永磁直線同步電機(jī)(pmlsm)采用電磁感應(yīng)原理，是一種不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置，具有起動(dòng)推力大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、定位精度高、行程長(zhǎng)度不受限制等優(yōu)點(diǎn)。然而pmlsm也有很?chē)?yán)重的缺點(diǎn)，那就是它會(huì)受到推力波動(dòng)的影響，推力波動(dòng)會(huì)限制pmlsm的運(yùn)行性能，導(dǎo)致其無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用。為了追求其高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特性，使得pmlsm獲得更大規(guī)模的應(yīng)用，必須對(duì)推力波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償和抑制。

2、推力波動(dòng)抑制方法分為電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和控制策略優(yōu)化兩方面。電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)推力波動(dòng)有一定的削弱，但增加了制造難度和生產(chǎn)成本，同時(shí)無(wú)法對(duì)現(xiàn)有的電機(jī)進(jìn)行修改?？刂撇呗詢?yōu)化能夠?qū)ν屏Σ▌?dòng)進(jìn)行自適應(yīng)的抑制，是一種更具經(jīng)濟(jì)與快速的抑制方法。

3、專(zhuān)利cn109617485a中披露一種基于tabu和dob的永磁直線電機(jī)推力波動(dòng)復(fù)合抑制方法，采用改進(jìn)的tabu算法對(duì)定位力數(shù)學(xué)模型的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，并據(jù)此構(gòu)建定位力前饋控制器，將定位力前饋控制器與串聯(lián)有低通濾波器的新型擾動(dòng)觀測(cè)器相結(jié)合。該方法可以有效抑制直線電機(jī)推力波動(dòng)，提高了伺服系統(tǒng)的跟蹤精度。但是，該方法存在以下不足：一是建立的永磁直線同步電機(jī)模型不能完全對(duì)推力波動(dòng)進(jìn)行建模，存在建模誤差；二是僅僅前饋補(bǔ)償來(lái)抑制周期性波動(dòng)，在非周期性推力波動(dòng)方面則是采用dob進(jìn)行抑制，并未考慮其疊加影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法及設(shè)備，其旨在解決現(xiàn)有技術(shù)未對(duì)全運(yùn)動(dòng)行程的周期性推力波動(dòng)進(jìn)行抑制。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法，該方法包括以下步驟：

3、(1)將電機(jī)正向勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)力學(xué)方程與電機(jī)反向勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)力學(xué)方程相加得到邊端定位力計(jì)算公式，進(jìn)而基于電機(jī)正負(fù)向勻速運(yùn)動(dòng)的電流數(shù)據(jù)及所述邊端定位力計(jì)算公式計(jì)算得到邊端定位力；

4、(2)利用傅里葉變換對(duì)得到的邊端定位力進(jìn)行頻譜分析以得到邊端定位力的預(yù)定諧波頻率，并基于預(yù)定諧波頻率，利用最小二乘法辨識(shí)電機(jī)的邊端定位力數(shù)學(xué)模型的諧波幅值和相位參數(shù)；

5、(3)基于邊端定位力數(shù)學(xué)模型的諧波幅值和相位參數(shù)構(gòu)建定位力前饋控制器；基于永磁直線同步電機(jī)的狀態(tài)空間方程設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器；同時(shí)，使用偏格式動(dòng)態(tài)線性模型設(shè)計(jì)自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制器模型；

6、(4)將前饋控制器得到前饋補(bǔ)償電流iff、自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制器的指令輸入電流iilc與擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器觀測(cè)到的得到的擾動(dòng)補(bǔ)償電流iob三者疊加作為指令電流iref，基于得到的指令電流iref對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的推力波動(dòng)的抑制。

7、進(jìn)一步地，自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制器模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

8、

9、式中，為第k次迭代t時(shí)刻的指令電流，為第k次迭代t時(shí)刻的指令電流，ρ為步長(zhǎng)因子，φk(t)為偽偏導(dǎo)數(shù)(ppd)，ek-1(t+1)＝vk-1(t+1)-vk-2(t+1)為k-1次迭代t+1時(shí)刻的速度誤差；λ為一個(gè)權(quán)重因子，用來(lái)限制控制輸入在迭代軸上的變化率。

10、進(jìn)一步地，所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的表達(dá)式為：

11、

12、式中，表示直線電機(jī)轉(zhuǎn)速估計(jì)誤差，表示推力擾動(dòng)估計(jì)誤差，分別為直線電機(jī)的速度估計(jì)值和推力擾動(dòng)估計(jì)值；λ1，λ2，η為正實(shí)數(shù)；m為動(dòng)子和負(fù)載的總質(zhì)量；iq為q軸電流；v為動(dòng)子速度；b為粘滯摩擦系數(shù)；τ為極距；ψf為永磁體磁鏈。

13、進(jìn)一步地，基于永磁直線同步電機(jī)的定位力特性構(gòu)建永磁直線同步電機(jī)的邊端定位力數(shù)學(xué)模型，所述邊端定位力數(shù)學(xué)模型的表達(dá)式為：

14、

15、式中，fd為定位力，i為正整數(shù)，a0i為i次諧波的偏置，ai為i次諧波的幅值，ωi為i次諧波的頻率，x為動(dòng)子的位移，為i次諧波的相位。

16、進(jìn)一步地，得到的諧波幅值和相位參數(shù)對(duì)應(yīng)的頻率與預(yù)定諧波頻率一致；對(duì)邊端定位力的諧波對(duì)應(yīng)的幅值自大到小排序，得到的序列中排在前2-4的幅值所對(duì)應(yīng)的頻率組成預(yù)定諧波頻率。

17、進(jìn)一步地，擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的誤差方程為：

18、

19、將公式(12)改為矩陣形式：

20、

21、式中，

22、進(jìn)一步地，使用輸入評(píng)價(jià)函數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制器模型的控制律：

23、j(uk(t))＝|yd(t+1)-yk(t+1)|2+λ|uk(t)-uk-1(t)|2????(17)

24、式中，λ為一個(gè)權(quán)重因子，用來(lái)限制控制輸入在迭代軸上的變化率；yd(t+1)為t+1時(shí)刻期望的輸出，yk(t+1)為第k個(gè)迭代周期t+1時(shí)刻實(shí)際的輸出；uk(t)為第k個(gè)迭代周期t時(shí)刻的輸入；uk-1(t)為第k-1個(gè)迭代周期t時(shí)刻的輸入。

25、進(jìn)一步地，對(duì)于自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制器模型中的參數(shù)φk(t)進(jìn)行估計(jì)，考慮參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)則函數(shù)為：

26、j(φk(t))＝|δyk-1(t+1)-φk(t)δu(k-1)(t)|2+μ|φk(t)-φk-1(t)|2????(20)

27、其中，μ用于約束兩次迭代之間參數(shù)的變化；

28、對(duì)公式(20)中的φk(t)求導(dǎo)并令其等于零，獲得如下的參數(shù)估計(jì)算法：

29、

30、式中，η∈(0,1]是步長(zhǎng)因子，是φk(t)的估計(jì)值。

31、本發(fā)明還提供了一種永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括存儲(chǔ)器及處理器，所述存儲(chǔ)器儲(chǔ)存有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)執(zhí)行如上所述的永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法。

32、本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有機(jī)器可執(zhí)行指令，所述機(jī)器可執(zhí)行指令在被處理器調(diào)用和執(zhí)行時(shí)，所述機(jī)器可執(zhí)行指令促使所述處理器實(shí)現(xiàn)如上所述的永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法。

33、總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法及設(shè)備主要具有以下有益效果：

34、1.使用模型前饋+擾動(dòng)觀測(cè)器+自適應(yīng)迭代控制器相結(jié)合，分別從周期性定位力推力波動(dòng)、未建模非周期性推力波動(dòng)和全行程的周期擾動(dòng)三方面對(duì)推力波動(dòng)進(jìn)行抑制，提高了跟蹤性能，能有效對(duì)非周期性擾動(dòng)和周期性擾動(dòng)進(jìn)行抑制的同時(shí)，也可以有效處理局部lipschitz連續(xù)的非線性系統(tǒng)。

35、2.本發(fā)明中的自適應(yīng)迭代控制器，相比一般的迭代學(xué)習(xí)控制器，其迭代控制增益能夠自適應(yīng)的更新，提高了控制的魯棒性；相比一般自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制器，設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型控制參數(shù)更新律，不依賴(lài)于模型，只根據(jù)系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)，就可更新學(xué)習(xí)增益。

技術(shù)特征：

1.一種永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法，其特征在于：自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制器模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

3.如權(quán)利要求1所述的永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法，其特征在于：所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的表達(dá)式為：

4.如權(quán)利要求1所述的永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法，其特征在于：基于永磁直線同步電機(jī)的定位力特性構(gòu)建永磁直線同步電機(jī)的邊端定位力數(shù)學(xué)模型，所述邊端定位力數(shù)學(xué)模型的表達(dá)式為：

5.如權(quán)利要求1所述的永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法，其特征在于：得到的諧波幅值和相位參數(shù)對(duì)應(yīng)的頻率與預(yù)定諧波頻率一致；對(duì)邊端定位力的諧波對(duì)應(yīng)的幅值自大到小排序，得到的序列中排在前2-4的幅值所對(duì)應(yīng)的頻率組成預(yù)定諧波頻率。

6.如權(quán)利要求3所述的永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法，其特征在于：擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的誤差方程為：

7.如權(quán)利要求2所述的永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法，其特征在于：使用輸入評(píng)價(jià)函數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制器模型的控制律：

8.如權(quán)利要求3所述的永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法，其特征在于：對(duì)于自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制器模型中的參數(shù)φk(t)進(jìn)行估計(jì)，考慮參數(shù)估計(jì)準(zhǔn)則函數(shù)為：

9.一種永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)包括存儲(chǔ)器及處理器，所述存儲(chǔ)器儲(chǔ)存有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)執(zhí)行權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于：所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)有機(jī)器可執(zhí)行指令，所述機(jī)器可執(zhí)行指令在被處理器調(diào)用和執(zhí)行時(shí)，所述機(jī)器可執(zhí)行指令促使所述處理器實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電機(jī)控制相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，其公開(kāi)了一種永磁直線同步電機(jī)的推力波動(dòng)抑制方法及設(shè)備，包括以下步驟：(1)基于邊端定位力計(jì)算公式計(jì)算得到邊端定位力；(2)對(duì)邊端定位力進(jìn)行頻譜分析以得到邊端定位力的預(yù)定諧波頻率，并辨識(shí)電機(jī)的邊端定位力數(shù)學(xué)模型的諧波幅值和相位參數(shù)；(3)基于諧波幅值和相位參數(shù)構(gòu)建定位力前饋控制器；基于電機(jī)的狀態(tài)空間方程設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器；使用偏格式動(dòng)態(tài)線性模型設(shè)計(jì)自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制器模型；(4)基于前饋控制器、自適應(yīng)迭代學(xué)習(xí)控制器模型與擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器得到指令電流，進(jìn)而對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的推力波動(dòng)的抑制。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)未對(duì)全運(yùn)動(dòng)行程的周期性推力波動(dòng)進(jìn)行抑制的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧金權(quán),楊建中,許光達(dá),張嘉宇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9