专利名称：直线电机伺服系统能耗-时间最优控制方法及所建立系统的制作方法
技术领域：
本发明属于伺服系统及自动控制领域，尤其指直线电机伺服系统能耗-时间的最 优控制。
背景技术：
随着工业生产不断发展，能源日趋紧张，节能已成为经济和社会发展的一项长远 战略目标。采用直线电机直接驱动的伺服系统省略了机械速度变换机构，具有结构简单、噪 声低、速度快、效率高、组合灵活等优点，在高速精密机床、激光机械、工业机器人及各种需 要直线运动的机械装置中有广泛应用前景。在工业自动化领域中，直线伺服电动机在工业机器人、机床及各种需要直线运动 的机械装置中都有应用。在许多场合下直线电机为满足生产工艺的要求，在一个固定行程 中做高速往复运动，甚至是高速往复起停运动，当直线电机运行在这种工况时消耗大量的 能耗。寻求一种能耗优化控制来减少直线电机控制过程中能量消耗是有着现实意义的。但 是单纯以节省能耗为目的的最少能耗控制，往往会导致控制过程响应时间过长或出现奇异 情况，在实际工程中难以应用。
发明内容
本发明提供一种直线电机伺服系统能耗_时间最优控制系统及控制方法，以减少 直线电机驱动系统在短时间内快速起停的能量消耗。本发明是通过以下技术方案实施的
直线电机伺服系统能耗_时间最优控制方法，其特征在于所述方法包括以下步骤 步骤1.根据牛顿第二定律导出直线伺服系统的运动模型，建立直线电机运动的最优 化问题的数学模型；
步骤2.根据直线电机的工况确定变量；
步骤3.根据直线电机运动过程列出约束条件；
步骤4.根据所要优化的直线电机的项目来确定性能指标公式
权利要求
直线电机伺服系统能耗 时间最优控制方法，其特征在于所述方法包括以下步骤步骤1. 根据牛顿第二定律导出直线伺服系统的运动模型，建立直线电机运动的最优化问题的数学模型；步骤2. 根据直线电机的工况确定变量；步骤3. 根据直线电机运动过程列出约束条件；步骤4. 根据所要优化的直线电机的项目来确定性能指标公式；步骤5. 按下述公式构建系统的哈密尔顿函数；式中， 为待定的n维拉格朗日乘子；为n维状态向量；为m维控制向量；为n维微分约束向量函数，且对，连续可微；为标量函数；步骤6. 对所建立的数学模型求取其协调方程如下式求取状态方程如下式式中，为最优控制；为最优轨线；步骤7. 通过对协调方程和状态方程的求解，得出能耗 时间最优控制规律和最优轨迹曲线；步骤8. 根据步骤7所述规律和曲线，在电机运行过程中时刻对位置反馈信号进行判断是否到达能耗 时间控制的最优转换点，实现对直线电机伺服系统能耗 时间的最优控制。417400dest_path_image001.jpg,423533dest_path_image002.jpg,434827dest_path_image003.jpg,955938dest_path_image004.jpg,18703dest_path_image005.jpg,879343dest_path_image006.jpg,936904dest_path_image007.jpg,882994dest_path_image004.jpg,998718dest_path_image005.jpg,651547dest_path_image008.jpg,4644dest_path_image009.jpg,172451dest_path_image010.jpg,904915dest_path_image011.jpg,661518dest_path_image012.jpg
2.根据权利要求1所述直线电机伺服系统能耗-时间最优控制方法，其特征在于步 骤2中变量为位移变量X，速度变量)推力变量
3.根据权利要求1所述直线电机伺服系统能耗-时间最优控制方法，其特征在于步 骤3中的约束条件是指起动时约束条件任意点位移为A = J，X = 0 ；在电机到达给定目标点时的约束条件为J￡ 二 0 , = 0。
4.根据权利要求1所述直线电机伺服系统能耗_时间最优控制方法，其特征在于直 线电机采用直接推力控制。
5.如权利要求1-4任一项所述直线电机伺服系统能耗_时间最优控制方法所建立系统，其特征在于所述系统包括速度调节模块的信号输出端连接能耗-时间最优控制模块 的信号输入端，能耗_时间最优控制模块的信号输出端连接推力滞环比较模块的信号输入 端，推力滞环比较模块和磁链滞环比较模块的信号输出端分别连接空间电压矢量选择模块 的信号输入端，空间电压矢量选择模块的信号输出端连接逆变器的信号输入端，逆变器信 号输出端分别连接直线电机和磁链推力估算模块的信号输入端，直线电机信号输出端连接 磁链推力估算模块的信号输入端，磁链推力估算模块的信号输出端分别连接空间电压矢量 选择模块的信号输入端、推力滞环比较模块的信号输入端、磁链滞环比较模块的信号输入 端和能耗_时间最优控制模块的信号输入端，直线电机光栅尺的信号输出端分别连接速度 调节模块的信号输入端和能耗_时间最优控制模块的信号输入端。
全文摘要
直线电机伺服系统能耗-时间最优控制方法及所建立系统，包括建立最优化问题数学模型；确定变量；列出约束条件；确定性能指标公式；构建系统的哈密尔顿函数；求取其协调方程、状态方程；得出能耗-时间最优控制规律和最优轨迹曲线；判断电机运行是否到达能耗-时间控制的最优转换点。最优控制系统包括速度调节模块、能耗-时间最优控制模块、推力滞环比较模块、磁链滞环比较模块、空间电压矢量选择模块、逆变器、直线电机和磁链推力估算模块。本发明提供一种直线电机伺服系统能耗-时间最优控制系统及控制方法，以减少直线电机驱动系统在短时间内快速起停的能量消耗。
文档编号H02P25/06GK101977014SQ20101056146
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月28日 优先权日2010年11月28日
发明者崔皆凡, 李林, 邢丰 申请人:沈阳工业大学