專利名稱：直線電機(jī)矢量控制中的θ角迭代補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于直線電機(jī)伺服運(yùn)動(dòng)控制方法，具體涉及一種直線電機(jī)矢量控制中的θ角迭代補(bǔ)償方法，主要應(yīng)用于永磁直線電機(jī)伺服控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著精密制造和數(shù)控等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，高速、高效、高精度成為當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向，長行程永磁式直線電機(jī)由于其大行程、高精度、高加速度和大推力等優(yōu)點(diǎn)，在高精密加工中占有獨(dú)特的地位。直線電機(jī)解耦矢量控制中，位置角度(θ角度)是指轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)于α-β坐標(biāo)系下α軸線的空間夾角θ，如附圖1所示。目前，主要是通過測(cè)量其位置，然后計(jì)算求得θ角度，例如北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)2004(4)發(fā)表的文章《交流直線電機(jī)矢量變換控制軟換向方法及實(shí)現(xiàn)》中所述，其θ角度是通過測(cè)量其位置后計(jì)算求得的，沒有進(jìn)行補(bǔ)償。但是，由于直線電機(jī)的制造缺陷或位置檢測(cè)過程中的脈沖丟失，或者由于控制系統(tǒng)缺陷等都會(huì)引起直線電機(jī)控制系統(tǒng)的θ角檢測(cè)出現(xiàn)偏差，這種偏差在高速高精度控制時(shí)嚴(yán)重地影響了直線電機(jī)的控制性能，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種直線電機(jī)矢量控制中的θ角迭代補(bǔ)償方法，用于解決在直線電機(jī)矢量控制中由于直線電機(jī)本體缺陷和控制系統(tǒng)出錯(cuò)引起的直線電機(jī)控制系統(tǒng)的θ角偏差問題。
本發(fā)明的直線電機(jī)矢量控制中的θ角迭代補(bǔ)償方法，用于矢量解耦控制中θ角的辨識(shí)與校正，其步驟為(1)根據(jù)θ角度的辨識(shí)公式，離散化后得第n次θ角度的估計(jì)值計(jì)算公式為θ^(n)=θ′(n-1)+T2ω^(n)=θ(n-1)+Δθ(n-1)+T2ω^(n)]]>ω^(n)=(k1T1+k2)[id(n)iq^(n)-iq(n)id^(n)-ψrL(iq(n)-iq^(n))]]]>-k2[id(n-1)iq^(n-1)-iq(n-1)id^(n-1)-ψrL(iq(n-1)-iq^(n-1))]+ω(n-1)]]>其中 為第n次測(cè)量的等效角速度估計(jì)值、 為第n次由位置測(cè)量后的θ角度的估計(jì)值、k1、k2為調(diào)節(jié)系數(shù)，k1的范圍為0.002～0.01，k2的范圍為0.002～0.05；Ψf為永磁體的有效磁通、L為直線電機(jī)的電感、T1為電流環(huán)的采樣時(shí)間、T2為速度環(huán)的采樣時(shí)間、ω(n)為第n次測(cè)量的等效角速度測(cè)量值、θ(n)為第n次由位置測(cè)量后的θ角度的測(cè)量值、id為勵(lì)磁電流、iq為轉(zhuǎn)矩電流、ω為電機(jī)的角速度當(dāng)量、 為勵(lì)磁電流估計(jì)值、 為轉(zhuǎn)矩電流估計(jì)值；(2)依據(jù)步驟(1)的計(jì)算公式反復(fù)迭代補(bǔ)償，從而使θ角逐次接近實(shí)際值，所得動(dòng)態(tài) 即用于運(yùn)動(dòng)控制中的矢量控制。
所述的直線電機(jī)矢量控制中的θ角迭代補(bǔ)償方法，其特征在于θ角度值的第0次補(bǔ)償量Δθ(0)＝0，可得第1次θ角度的估計(jì)值為θ^(1)=θ(0)+T2ω^(1),]]>其中 取值為其測(cè)量值ω(1)，θ(0)為第0次由位置測(cè)量后計(jì)算得到角度值，θ角度的計(jì)算方法為θ=mod(pd)*(2π)]]>其中，p為位移傳感器檢測(cè)的位移，d為直線電機(jī)的極距，mod為取模運(yùn)算； 即為第一次最后校正的θ角度的估計(jì)值，用于運(yùn)動(dòng)控制中的矢量控制。
本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于(1)θ角度的補(bǔ)償方法采用θ角度的估計(jì)值對(duì)通過位置測(cè)量后計(jì)算得到的測(cè)量值進(jìn)行補(bǔ)償，可以消除在矢量控制中出現(xiàn)的θ角度偏差問題。
(2)在反復(fù)迭代過程中，可以使校正后θ角度的值逐次接近真實(shí)值，有很大的實(shí)用性。
(3)θ角度的估計(jì)值通過參數(shù)辨識(shí)得到，只與直線電機(jī)解耦得到的勵(lì)磁電流id、轉(zhuǎn)矩電流iq以及直線電機(jī)等效角速度ω有關(guān)。上述三個(gè)變量皆為矢量控制的輸出，用這三個(gè)量對(duì)θ角度校正，更能反映θ角度的真實(shí)值。
本發(fā)明為解決直線電機(jī)矢量控制中的θ角偏差提出了一種有效的解決辦法，采用的θ角迭代補(bǔ)償方法校正θ角的測(cè)量誤差，可以提高系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性，同時(shí)改善了電磁推力與機(jī)械牽引力平衡的線性化和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的性能，從很大程度上解決了由于角度偏差引起的直線電機(jī)往復(fù)振動(dòng)問題，提高了直線電機(jī)的定位精度和運(yùn)行的平穩(wěn)性，對(duì)于直線電機(jī)控制系統(tǒng)的研究與發(fā)展以及直線電機(jī)的實(shí)用化起到很大的促進(jìn)作用。


圖1為α-β和d-q坐標(biāo)系下電流矢量圖。
具體實(shí)施例方式
以下對(duì)本發(fā)明采用的公式具體說明(1)θ角度的補(bǔ)償方法的輸入?yún)?shù)為直線電機(jī)矢量控制方法中勵(lì)磁電流(id)、轉(zhuǎn)矩電流(iq)、電機(jī)的角速度當(dāng)量(ω)、勵(lì)磁電流估計(jì)值 轉(zhuǎn)矩電流估計(jì)值 角速度當(dāng)量的估計(jì)量 和通過測(cè)量其位置后計(jì)算得到的θ角度；θ角度的計(jì)算方法為θ=mod(pd)*(2π)]]>
其中，p為位移傳感器檢測(cè)的位移，d為直線電機(jī)的極距，mod為取模運(yùn)算。
(2)補(bǔ)償時(shí)首先要根據(jù)id、iq對(duì)θ角度的實(shí)際值進(jìn)行估計(jì)，其估計(jì)值是通過對(duì)θ角度進(jìn)行辨識(shí)后得到的，其辨識(shí)方法如下ω^=∫0tk1[idiq^-iqiq^-ψrL(iq-iq^)]dτ+k2[idiq^-iqid^-ψrL(iq-iq^)]+ω^(0)]]>θ^=∫0tω^dτ+θ^(0)]]>其中，k1、k2為調(diào)節(jié)系數(shù)， 起始角速度當(dāng)量，符號(hào)^表示估計(jì)值， 為θ角度的估計(jì)值，Ψf為永磁體的有效磁通，L為直線電機(jī)的電感。
(3)θ角度的迭代補(bǔ)償方法的具體補(bǔ)償過程為根據(jù)步驟(2)中θ角度的辨識(shí)公式，離散化后得第n次θ角度的估計(jì)值計(jì)算公式為ω^(n)=(k1T1+k2)[id(n)iq^(n)-iq(n)id^(n)-ψrL(iq(n)-iq^(n))]]]>-k2[id(n-1)iq^(n-1)-iq(n-1)id^(n-1)-ψrL(iq(n-1)-iq^(n-1))]+ω^(n-1)]]>θ^(n)=θ′(n-1)+T2ω^(n)=θ(n-1)+Δθ(n-1)+T2ω^(n)]]>令上一次等效角速度的 的估計(jì)值取值為測(cè)量值ω(n-1)，則可得ω^(n)=(k1T1+k2)[id(n)iq^(n)-iq(n)id^(n)-ψrL(iq(n)-iq^(n))]]]>-k2[id(n-1)iq^(n-1)-iq(n-1)id^(n-1)-ψrL(iq(n-1)-iq^(n-1))]+ω(n-1)]]>
T1為電流環(huán)的采樣時(shí)間，T2為速度環(huán)的采樣時(shí)間， 和ω(n)分別為第n次測(cè)量的等效角速度估計(jì)值和測(cè)量值， 和θ(n)分別為第n次由位置測(cè)量后的θ角度的估計(jì)值和測(cè)量值，并且令θ角度值的第0次補(bǔ)償量Δθ(0)＝0，可得第1次θ角度的估計(jì)值為θ^(1)=θ(0)+T2ω^(1)]]>其中， 取值為其測(cè)量值ω(1)，θ(0)為第0次由位置測(cè)量后計(jì)算得到角度值， 即為第一次最后校正的θ角度的估計(jì)值，用于運(yùn)動(dòng)控制中的矢量控制。
依此類推，θ角度值的第n次補(bǔ)償量為Δθ(n)=θ^(n)-θ(n)]]>與第n次θ角度的估計(jì)值計(jì)算公式結(jié)合后可以看出，前n-1次的補(bǔ)償量已經(jīng)累加入本次誤差值中。從而，第n-1次補(bǔ)償后θ角度的值為θ’(n-1)＝θ(n-1)+Δθ(n-1)根據(jù)步驟(2)中θ角度的辨識(shí)公式，離散化后得第n次θ角度的估計(jì)值為θ^(n)=θ′(n-1)+T2ω^(n)=θ(n-1)+Δθ(n-1)+T2ω^(n)]]> 即為經(jīng)過迭代校正后θ角度的估計(jì)值，用于運(yùn)動(dòng)控制中的矢量控制。
權(quán)利要求
1.一種直線電機(jī)矢量控制中的θ角迭代補(bǔ)償方法，用于矢量解耦控制中θ角的辨識(shí)與校正，其步驟為(1)根據(jù)θ角度的辨識(shí)公式，離散化后得第n次θ角度的估計(jì)值計(jì)算公式為θ^(n)=θ′(n-1)+T2ω^(n)=θ(n-1)+Δθ(n-1)+T2ω^(n)]]>ω^(n)=(k1T1+k2)[id(n)i^q(n)-iq(n)i^d(n)-ψrL(iq(n)-i^q(n))]]]>-k2[id(n-1)i^q(n-1)-iq(n-1)i^d(n-1)-ψrL(iq(n-1)-i^q(n-1))]+ω(n-1)]]>其中 為第n次測(cè)量的等效角速度估計(jì)值、 為第n次由位置測(cè)量后的θ角度的估計(jì)值、k1、k2為調(diào)節(jié)系數(shù)，k1的范圍為0.002～0.01，k2的范圍為0.002～0.05；ψf為永磁體的有效磁通、L為直線電機(jī)的電感、T1為電流環(huán)的采樣時(shí)間、T2為速度環(huán)的采樣時(shí)間、ω(n)為第n次測(cè)量的等效角速度測(cè)量值、θ(n)為第n次由位置測(cè)量后的θ角度的測(cè)量值、id為勵(lì)磁電流、iq為轉(zhuǎn)矩電流、ω為電機(jī)的角速度當(dāng)量、 為勵(lì)磁電流估計(jì)值、 為轉(zhuǎn)矩電流估計(jì)值；(2)依據(jù)步驟(1)的計(jì)算公式反復(fù)迭代補(bǔ)償，從而使θ角逐次接近實(shí)際值，所得動(dòng)態(tài) 即用于運(yùn)動(dòng)控制中的矢量控制。
2.如權(quán)利要求1所述的直線電機(jī)矢量控制中的θ角迭代補(bǔ)償方法，其特征在于θ角度值的第0次補(bǔ)償量Δθ(0)＝0，可得第1次θ角度的估計(jì)值為θ^(1)=θ(0)+T2ω^(1),]]>其中 取值為其測(cè)量值ω(1)，θ(0)為第0次由位置測(cè)量后計(jì)算得到角度值，θ角度的計(jì)算方法為θ=mod(pd)*(2π)]]>其中，p為位移傳感器檢測(cè)的位移，d為直線電機(jī)的極距，mod為取模運(yùn)算； 即為第一次最后校正的θ角度的估計(jì)值，用于運(yùn)動(dòng)控制中的矢量控制。
全文摘要
本發(fā)明的直線電機(jī)矢量控制中的θ角迭代補(bǔ)償方法，屬于直線電機(jī)伺服運(yùn)動(dòng)控制方法，主要應(yīng)用于永磁直線電機(jī)伺服控制領(lǐng)域。首先根據(jù)i
文檔編號(hào)H02P21/00GK1655444SQ20051001833
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2005年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者艾武, 張代林, 陳幼平, 周祖德, 金振榮, 劉凌云, 杜志強(qiáng), 謝經(jīng)明, 常雪峰 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)