基于開閉環迭代學習位置調節的直線伺服系統
曹 勇1，藍和慧1，李華德2
（1遼寧工業大學電氣工程學院，錦州1210012北京科技大學信息工程學院，北京100083）
摘要：針對磁場定向矢量控制下的永磁直線同步電機伺服系統，提出開闊環迭代學習位置調節器，實現參考位置信號的準確跟蹤控制。詳細分析了開閉環迭代學習位置調節下的直線伺服系統結構與數學模型。給出直線伺服系統位置調節器結構及帶有遺忘園子的開閉環迭代學習位置調節算法。方波位置跟蹤及突加負載實驗結果表明，開閉環迭代學習控制具有系統響應速度快，位置跟蹤準確的特點，同時可以有效保證受擾狀態下的魯棒性能。
關鍵詞：直線伺服；開閉環；迭代學習；位置調節
中圖分類號：tm351; tm359.4; tm341 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848( 2010) 02-0054-04
0引 言
永磁直線同步電機( pmlsm)構成的直線伺服系統可以實現電機與工作臺之間的零傳動，即不需要任何中間機械傳動機構，而使系統呈現響應速度快、效率商和位置跟蹤準確的特點，這對于機床高速、高精度機械加工的實現起著極其重要的作用。pmlsm直線伺服系統在自身結構上的簡化造成其控制相對復雜，因此需要采用控制性能優良、魯棒作用好的先進控制技術，如反饋線性化方法、神經網絡方法及滑模控制方法[2-4]。其中反饋線性化方法和神經網絡方法計算相對復雜，而滑�？刂品椒ǖ奈恢酶櫨炔桓�。
機床加工過程中，直線伺服系統的位置控制往往體現為一種周期性往復運動，而迭代學習控制(ilc)方法就適用于這種具有重復運動性質的被控系統。特別是采用開閉環迭代學習控制時，能夠實現迭代學習的反饋一前饋控制功能，可以保證在反饋控制器的鎮定作用下，使前饋控制快速實現完全跟蹤任務。因此，本文以速度lp調節下的磁場定向矢量控制結構為基礎，外部接入開閉環迭代學習形式的位置調節器，構成三環直線伺服控制結構，保證系統具有良好的位置跟蹤性能及魯棒性能。
l開閉環迭代學習直線伺服系統
永磁直線同步電機磁場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；fe(t)為電磁推力。此時，電磁推力只受動子電流q軸分量iq(t)影響，使電機電樞電流（q軸）與勵磁電流（d軸）實現完全解耦。
磁場定向矢量控制下的開閉巧迭代學習直線伺服系統為典型三環控制結構，包括電流控制環、速度控制環和位置控制環，如圖1所示。直線伺服系統由pmlsm、igbt逆變器、電壓空間矢量脈寬調制器svpwm、abc/dq坐標變換器、dq／坐標變換器、位置調節器、速度調節器、電流調節器及電角度日。信號生成器等組成。電機動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，位置調節器為p型開閉環迭代學習調節算法，速度調節器為ip調節算法，電流調節器為pi調節算法。
系統工作過程如下：直線位置參考值dr(t)與反饋值d(t)的差值送入位置開闊環迭代學習調節器，得到速度參考值vr(t)，該信號與速度反饋值v (t)相比較，將差值送人速度ip調節器，得到q軸參考電流值iqt(f)。由于系統采用d軸參考電流idt(t)=o的失量控制方式，因此與來自abc/dq坐標變換器的反饋電流值相比較后送入電流pi調節器，同時經過dq/αβ坐標變換器得到邸軸參考電壓，由電壓空間矢量脈寬調制器svpwm生成6路igbt驅動信號，以得到pmlsm動子三相繞組的供電信號。
下面給出速度ip調節算法公式，其它電流調節、坐標變換及svpwm算法相對成熟，這里不再贅述。速度lp調節算法公式如下：
式中，kap和kai分別為速度比例、積分調節因子。該調節器中將比例環節璉，移到反饋通路上，充當反饋補償的作用。
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