摘要：針對(duì)磁場(chǎng)定向矢量控制下的永磁直線同步電機(jī)伺服系統(tǒng)，提出開(kāi)闊環(huán)迭代學(xué)習(xí)位置調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)參考位置信號(hào)的準(zhǔn)確跟蹤控制。詳細(xì)分析了開(kāi)閉環(huán)迭代學(xué)習(xí)位置調(diào)節(jié)下的直線伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與數(shù)學(xué)模型。給出直線伺服系統(tǒng)位置調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)及帶有遺忘園子的開(kāi)閉環(huán)迭代學(xué)習(xí)位置調(diào)節(jié)算法。方波位置跟蹤及突加負(fù)載實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，開(kāi)閉環(huán)迭代學(xué)習(xí)控制具有系統(tǒng)響應(yīng)速度快，位置跟蹤準(zhǔn)確的特點(diǎn)，同時(shí)可以有效保證受擾狀態(tài)下的魯棒性能。

關(guān)鍵詞：直線伺服；開(kāi)閉環(huán)；迭代學(xué)習(xí)；位置調(diào)節(jié)

中圖分類號(hào)：tm351; tm359.4; tm341    文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a    文章編號(hào)：1001-6848( 2010) 02-0054-04

    永磁直線同步電機(jī)( pmlsm)構(gòu)成的直線伺服系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)與工作臺(tái)之間的零傳動(dòng)，即不需要任何中間機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，而使系統(tǒng)呈現(xiàn)響應(yīng)速度快、效率商和位置跟蹤準(zhǔn)確的特點(diǎn)，這對(duì)于機(jī)床高速、高精度機(jī)械加工的實(shí)現(xiàn)起著極其重要的作用。pmlsm直線伺服系統(tǒng)在自身結(jié)構(gòu)上的簡(jiǎn)化造成其控制相對(duì)復(fù)雜，因此需要采用控制性能優(yōu)良、魯棒作用好的先進(jìn)控制技術(shù)，如反饋線性化方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法及滑�？刂品椒╗2-4]。其中反饋線性化方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，而滑�？刂品椒ǖ奈恢酶�蹤精度不高。

  機(jī)床加工過(guò)程中，直線伺服系統(tǒng)的位置控制往往體現(xiàn)為一種周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而迭代學(xué)習(xí)控制(ilc)方法就適用于這種具有重復(fù)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的被控系統(tǒng)。特別是采用開(kāi)閉環(huán)迭代學(xué)習(xí)控制時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)迭代學(xué)習(xí)的反饋一前饋控制功能，可以保證在反饋控制器的鎮(zhèn)定作用下，使前饋控制快速實(shí)現(xiàn)完全跟蹤任務(wù)。因此，本文以速度lp調(diào)節(jié)下的磁場(chǎng)定向矢量控制結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，外部接入開(kāi)閉環(huán)迭代學(xué)習(xí)形式的位置調(diào)節(jié)器，構(gòu)成三環(huán)直線伺服控制結(jié)構(gòu)，保證系統(tǒng)具有良好的位置跟蹤性能及魯棒性能。

  永磁直線同步電機(jī)磁場(chǎng)定向矢量控制基本方程式為：

式中，id(t)為d軸電流；iq(t)為q軸電流；kp為推力系數(shù)；fe(t)為電磁推力。此時(shí)，電磁推力只受動(dòng)子電流q軸分量iq(t)影響，使電機(jī)電樞電流（q軸）與勵(lì)磁電流（d軸）實(shí)現(xiàn)完全解耦。

  磁場(chǎng)定向矢量控制下的開(kāi)閉巧迭代學(xué)習(xí)直線伺服系統(tǒng)為典型三環(huán)控制結(jié)構(gòu)，包括電流控制環(huán)、速度控制環(huán)和位置控制環(huán)，如圖1所示。直線伺服系統(tǒng)由pmlsm、igbt逆變器、電壓空間矢量脈寬調(diào)制器svpwm、abc/dq坐標(biāo)變換器、dq／坐標(biāo)變換器、位置調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器及電角度日。信號(hào)生成器等組成。電機(jī)動(dòng)子三相電流由霍爾電流傳感器獲得，直線位置由光柵獲得。其中，位置調(diào)節(jié)器為p型開(kāi)閉環(huán)迭代學(xué)習(xí)調(diào)節(jié)算法，速度調(diào)節(jié)器為ip調(diào)節(jié)算法，電流調(diào)節(jié)器為pi調(diào)節(jié)算法。

  系統(tǒng)工作過(guò)程如下：直線位置參考值dr(t)與反饋值d(t)的差值送入位置開(kāi)闊環(huán)迭代學(xué)習(xí)調(diào)節(jié)器，得到速度參考值vr(t)，該信號(hào)與速度反饋值v (t)相比較，將差值送人速度ip調(diào)節(jié)器，得到q軸參考電流值iqt(f)。由于系統(tǒng)采用d軸參考電流idt(t)=o的失量控制方式，因此與來(lái)自abc/dq坐標(biāo)變換器的反饋電流值相比較后送入電流pi調(diào)節(jié)器，同時(shí)經(jīng)過(guò)dq/αβ坐標(biāo)變換器得到邸軸參考電壓，由電壓空間矢量脈寬調(diào)制器svpwm生成6路igbt驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以得到pmlsm動(dòng)子三相繞組的供電信號(hào)。

  下面給出速度ip調(diào)節(jié)算法公式，其它電流調(diào)節(jié)、坐標(biāo)變換及svpwm算法相對(duì)成熟，這里不再贅述。速度lp調(diào)節(jié)算法公式如下：

式中，kap和kai分別為速度比例、積分調(diào)節(jié)因子。該調(diào)節(jié)器中將比例環(huán)節(jié)璉，移到反饋通路上，充當(dāng)反饋補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/div>