专利名称：直线电机矢量控制中的θ角迭代补偿方法
技术领域：
本发明属于直线电机伺服运动控制方法，具体涉及一种直线电机矢量控制中的θ角迭代补偿方法，主要应用于永磁直线电机伺服控制领域。
背景技术：
随着精密制造和数控等先进制造技术的发展，高速、高效、高精度成为当前数控机床的发展方向，长行程永磁式直线电机由于其大行程、高精度、高加速度和大推力等优点，在高精密加工中占有独特的地位。直线电机解耦矢量控制中，位置角度(θ角度)是指转子磁极相对于α-β坐标系下α轴线的空间夹角θ，如附图1所示。目前，主要是通过测量其位置，然后计算求得θ角度，例如北京航空航天大学学报2004(4)发表的文章《交流直线电机矢量变换控制软换向方法及实现》中所述，其θ角度是通过测量其位置后计算求得的，没有进行补偿。但是，由于直线电机的制造缺陷或位置检测过程中的脉冲丢失，或者由于控制系统缺陷等都会引起直线电机控制系统的θ角检测出现偏差，这种偏差在高速高精度控制时严重地影响了直线电机的控制性能，严重时出现失控现象。
发明内容
本发明提出一种直线电机矢量控制中的θ角迭代补偿方法，用于解决在直线电机矢量控制中由于直线电机本体缺陷和控制系统出错引起的直线电机控制系统的θ角偏差问题。
本发明的直线电机矢量控制中的θ角迭代补偿方法，用于矢量解耦控制中θ角的辨识与校正，其步骤为(1)根据θ角度的辨识公式，离散化后得第n次θ角度的估计值计算公式为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 为第n次测量的等效角速度估计值、 为第n次由位置测量后的θ角度的估计值、k1、k2为调节系数，k1的范围为0.002～0.01，k2的范围为0.002～0.05；Ψf为永磁体的有效磁通、L为直线电机的电感、T1为电流环的采样时间、T2为速度环的采样时间、ω(n)为第n次测量的等效角速度测量值、θ(n)为第n次由位置测量后的θ角度的测量值、id为励磁电流、iq为转矩电流、ω为电机的角速度当量、 为励磁电流估计值、 为转矩电流估计值；(2)依据步骤(1)的计算公式反复迭代补偿，从而使θ角逐次接近实际值，所得动态 即用于运动控制中的矢量控制。
所述的直线电机矢量控制中的θ角迭代补偿方法，其特征在于θ角度值的第0次补偿量Δθ(0)＝0，可得第1次θ角度的估计值为θ^(1)=θ(0)+T2ω^(1),]]>其中 取值为其测量值ω(1)，θ(0)为第0次由位置测量后计算得到角度值，θ角度的计算方法为θ=mod(pd)*(2π)]]>其中，p为位移传感器检测的位移，d为直线电机的极距，mod为取模运算； 即为第一次最后校正的θ角度的估计值，用于运动控制中的矢量控制。
本发明的创新之处在于(1)θ角度的补偿方法采用θ角度的估计值对通过位置测量后计算得到的测量值进行补偿，可以消除在矢量控制中出现的θ角度偏差问题。
(2)在反复迭代过程中，可以使校正后θ角度的值逐次接近真实值，有很大的实用性。
(3)θ角度的估计值通过参数辨识得到，只与直线电机解耦得到的励磁电流id、转矩电流iq以及直线电机等效角速度ω有关。上述三个变量皆为矢量控制的输出，用这三个量对θ角度校正，更能反映θ角度的真实值。
本发明为解决直线电机矢量控制中的θ角偏差提出了一种有效的解决办法，采用的θ角迭代补偿方法校正θ角的测量误差，可以提高系统的控制精度和稳定性，同时改善了电磁推力与机械牵引力平衡的线性化和动态响应的性能，从很大程度上解决了由于角度偏差引起的直线电机往复振动问题，提高了直线电机的定位精度和运行的平稳性，对于直线电机控制系统的研究与发展以及直线电机的实用化起到很大的促进作用。
图1为α-β和d-q坐标系下电流矢量图。
具体实施例方式
以下对本发明采用的公式具体说明(1)θ角度的补偿方法的输入参数为直线电机矢量控制方法中励磁电流(id)、转矩电流(iq)、电机的角速度当量(ω)、励磁电流估计值 转矩电流估计值 角速度当量的估计量 和通过测量其位置后计算得到的θ角度；θ角度的计算方法为θ=mod(pd)*(2π)]]>
其中，p为位移传感器检测的位移，d为直线电机的极距，mod为取模运算。
(2)补偿时首先要根据id、iq对θ角度的实际值进行估计，其估计值是通过对θ角度进行辨识后得到的，其辨识方法如下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为调节系数， 起始角速度当量，符号^表示估计值， 为θ角度的估计值，Ψf为永磁体的有效磁通，L为直线电机的电感。
(3)θ角度的迭代补偿方法的具体补偿过程为根据步骤(2)中θ角度的辨识公式，离散化后得第n次θ角度的估计值计算公式为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 的估计值取值为测量值ω(n-1)，则可得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为电流环的采样时间，T2为速度环的采样时间， 和ω(n)分别为第n次测量的等效角速度估计值和测量值， 和θ(n)分别为第n次由位置测量后的θ角度的估计值和测量值，并且令θ角度值的第0次补偿量Δθ(0)＝0，可得第1次θ角度的估计值为θ^(1)=θ(0)+T2ω^(1)]]>其中， 取值为其测量值ω(1)，θ(0)为第0次由位置测量后计算得到角度值， 即为第一次最后校正的θ角度的估计值，用于运动控制中的矢量控制。
依此类推，θ角度值的第n次补偿量为Δθ(n)=θ^(n)-θ(n)]]>与第n次θ角度的估计值计算公式结合后可以看出，前n-1次的补偿量已经累加入本次误差值中。从而，第n-1次补偿后θ角度的值为θ’(n-1)＝θ(n-1)+Δθ(n-1)根据步骤(2)中θ角度的辨识公式，离散化后得第n次θ角度的估计值为θ^(n)=θ′(n-1)+T2ω^(n)=θ(n-1)+Δθ(n-1)+T2ω^(n)]]> 即为经过迭代校正后θ角度的估计值，用于运动控制中的矢量控制。
权利要求
1.一种直线电机矢量控制中的θ角迭代补偿方法，用于矢量解耦控制中θ角的辨识与校正，其步骤为(1)根据θ角度的辨识公式，离散化后得第n次θ角度的估计值计算公式为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 为第n次测量的等效角速度估计值、 为第n次由位置测量后的θ角度的估计值、k1、k2为调节系数，k1的范围为0.002～0.01，k2的范围为0.002～0.05；ψf为永磁体的有效磁通、L为直线电机的电感、T1为电流环的采样时间、T2为速度环的采样时间、ω(n)为第n次测量的等效角速度测量值、θ(n)为第n次由位置测量后的θ角度的测量值、id为励磁电流、iq为转矩电流、ω为电机的角速度当量、 为励磁电流估计值、 为转矩电流估计值；(2)依据步骤(1)的计算公式反复迭代补偿，从而使θ角逐次接近实际值，所得动态 即用于运动控制中的矢量控制。
2.如权利要求1所述的直线电机矢量控制中的θ角迭代补偿方法，其特征在于θ角度值的第0次补偿量Δθ(0)＝0，可得第1次θ角度的估计值为θ^(1)=θ(0)+T2ω^(1),]]>其中 取值为其测量值ω(1)，θ(0)为第0次由位置测量后计算得到角度值，θ角度的计算方法为θ=mod(pd)*(2π)]]>其中，p为位移传感器检测的位移，d为直线电机的极距，mod为取模运算； 即为第一次最后校正的θ角度的估计值，用于运动控制中的矢量控制。
全文摘要
本发明的直线电机矢量控制中的θ角迭代补偿方法，属于直线电机伺服运动控制方法，主要应用于永磁直线电机伺服控制领域。首先根据i
文档编号H02P21/00GK1655444SQ20051001833
公开日2005年8月17日 申请日期2005年3月4日 优先权日2005年3月4日
发明者艾武, 张代林, 陈幼平, 周祖德, 金振荣, 刘凌云, 杜志强, 谢经明, 常雪峰 申请人:华中科技大学