永磁直線同步電機的自適應二階終端滑模控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于數控技術領域，特別涉及一種永磁直線同步電機的自適應二階終 端滑模控制系統。
【背景技術】
[0002] 數控技術是用數字信對控制對象的機械運動過程進行控制的技術，數控裝備是以 數控技術為代表的新技術對傳統制造產業和新興制造產業的滲透形成的機電一體化產品。 現代數控機床與早期的數控機床最根本的區別在于其加工速度和加工精度發生了巨大變 化，分別提高了近千倍。由于高速度、高精度加工技術能極大地提高加工速率、提高產品的 質量和檔次、提高市場競爭力，因而，以高速切削、高速進給和高加工精度為主要特征的高 速切削技術已成為現代數控加工技術的重要發展趨勢之一。
[0003] 長期以來，數控機床的進給系統主要是"旋轉電機+滾珠絲杠"，這種伺服形式結 構復雜，且存在傳動間隙及彈性變形等造成運動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的直接驅動技術在一定程度上解決了上述問 題，它消除了機械傳動機構所帶來的不良影響，在高精度、高速響應、微進給伺服系統應用 中具有非常大的優勢。但是，由于直線電動機直接驅動負載，系統的參數攝動、負載擾動等 不確定因素將毫無衰減地直接反映到直線電機的動子上，使系統對負載擾動和參數變化都 很敏感，所以要求系統具有較強的魯棒性，這對直線電機控制器提出了更高的要求。
[0004] 學者們提出了一些控制方法，如采用魯棒控制理論設計控制器，可使系統具有很 好的魯棒性，但具有一定的保守性；采用自適應控制理論設計控制器，可以有效克服參數變 化對系統的影響，但在參數變化較快、外部干擾頻率高的情況下則效果不佳。采用滑模變結 構控制理論設計控制器，具有魯棒性強、實現簡單的優點，然而由于其控制作用的不連續性 會導致抖振現象。采用終端滑模控制理論設計控制器，改善了系統的收斂特性，但存在奇異 性問題。
【發明內容】
[0005] 發明目的
[0006] 針對現有控制技術中存在的不足，本實用新型提供了一種永磁直線同步電機的自 適應二階終端滑模控制系統，將二階滑模控制、終端滑模控制與自適應控制方案相結合，最 終實現本實用新型的目的即實現系統的快速響應，提高系統的魯棒性。
[0007] 技術方案
[0008] -種永磁直線同步電機的自適應二階終端滑模控制系統，其特征在于：該系統包 括主電路、控制電路和控制對象三部分；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、驅動電路及故障檢測和保護電路；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動電路和故障檢測和保護電路，驅動電路連接主電路；主電路包 括調壓電路、整流濾波單元和IPM逆變單元；控制對象為三相永磁直線同步電機，機身裝有 光柵尺；調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。
[0009] DSP的SCI端口連接上位機，DSP的SPI端口連接顯示電路，DSP的GPI0端口連接 I/O接口電路；故障檢測和保護電路連接控制電源。
[0010] DSP采用TMS320F28335 處理器。
[0011] 優點及效果
[0012] 本實用新型是一種永磁直線同步電機的自適應二階終端滑模控制系統，具有以下 優點：
[0013] 針對永磁直線同步電機（PMLSM)伺服系統，本實用新型提出一種永磁直線同步電 機的自適應二階終端滑模控制系統。在設計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，將系統的不連續控制作用在滑模變量的高階微分上，從 而削弱了系統抖振。引入自適應控制對超螺旋算法的控制增益進行動態調節，以克服控制 增益需不確定性的界來確定的局限性，進而提高系統的控制性能，最終實現本實用新型的 目的即提高系統的魯棒性，削弱系統的抖振。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本實用新型自適應二階終端滑模控制器系統框圖。
[0015] 圖2為實現本實用新型的硬件控制系統原理圖。
[0016] 圖3(a)電機控制系統主電路原理圖。
[0017] 圖3(b)A、B相電流采樣電路原理圖。
[0018] 圖3(c)光柵尺信號采樣電路原理圖。
[0019] 圖3(d)驅動電路原理圖。
【具體實施方式】
[0020] 針對永磁直線同步電機（PMLSM)伺服系統易受參數變化和負載擾動等不確定因 素影響，本實用新型提供了一種永磁直線同步電機的自適應二階終端滑模控制系統，將二 階滑模控制、終端滑模控制與自適應控制方案相結合，根據永磁直線同步電機伺服系統給 定速度信號和反饋速度信號相比較得到誤差量，以這個誤差量設計終端滑模面，避免奇異 性問題。以二階滑模控制的超螺旋算法作為速度控制器的輸入，并且引入自適應控制對超 螺旋算法的控制增益進行動態調節，最終實現本實用新型的目的即實現系統的快速響應， 提高系統的魯棒性。
[0021] 下面結合附圖對本實用新型做進一步的說明：
[0022] 圖1為永磁直線同步電機的自適應二階終端滑模控制系統的原理框圖，其中/為 系統速度的給定值，〇為與系統誤差有關的滑模切換面，^為負載阻力，系統跟蹤誤差為e _ * =V-Vo
[0023] 系統的終端滑模變量為：
[0024] 其中，vGR+，p，q為奇數，要求1 <p/q< 2來滿足滑模面的非奇異性。
[0025] 采用自適應控制對超螺旋算法的控制增益0進行調節，從而使系統的滑模變量 〇及其一階導數在有限時間內收斂為零；
[0026] 具體算法如下：
[0027]
[0028] 超螺旋控制算法使系統狀態軌跡在有限時間內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的自適應律為：
[0031]
[0032]其中，y> 0,k> 0，e> 0。
[0033] 圖2為實現本實用新型的硬件控制系統原理圖。該系統包括主電路、控制電路和 控制對象三部分；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、 驅動