永磁直线同步电机伺服系统自抗扰反步控制器

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1、永磁直线同步电机伺服系统自抗扰反步控制器陈志翔，高钦和，谭立龙，牛海龙（火箭军工程大学二系，陕西西安710025）摘要：为了提高永磁直线同步电机伺服系统的鲁棒性，提出一种基于自抗扰思想的反步控制器。将永磁直线同步电机伺服系统中的未建模动态和外界扰动定义为总和扰动并扩充为系统新的状态变量。设计了线性扩张状态观测器估计不可直接测量的直线电机动子速度以及总和扰动，证明了并分析了设计的线性扩张状态观测器的收敛性和估计误差。利用线性扩张状态观测器的输出，基于动态补偿线性化思想设计了反步控制器。证明了考虑线性扩张状态观测器估计误差的闭环反馈控制系统的稳定性。在Googol公司的实

2、验平台上，验证了设计的自抗扰反步控制器的可行性。关键词：永磁直线同步电机；线性扩张状态观测器；自抗扰控制；反步控制中图分类号：TP273文献标志码：A文章编号:ActivedisturbancerejectionbacksteppingcontrollerforpermanentmagnetlinearsynchronousmotorservosystemsCHENZhi-xiang，GAOQin-he，TANLi-long，NIUHai-long(The2ndDepartment,TheRocketForceUniversityofEngineering,Xi’an

3、710025)Abstract:Inordertoimproverobustnessofthepermanentmagnetlinearsynchronousmotor(PMLSM)servosystems,thispaperpresentsanactivedisturbancerejectionbacksteppingcontroller.Theunmodeleddynamicsanddisturbancearedefinedasoveralldisturbanceandviewedasanewsystemstate.Alinearextendedstateobse

4、rver(LESO)isdesignedtoestimatethevelocityofthemoverandtheoveralldisturbance,andconvergenceproofandestimationerroroftheLESOaregiven.Withthelinearizationviadynamiccompensation,abacksteppingcontrollerisdesignedusingtheoutputsfromtheLESO.Thestabilityoftheclosed-loopfeedbackcontrolsystemisgi

5、venconsideringtheestimationerrorofLESO.Theeffectivenessoftheproposedcontrollerisverifiedintheexperimentalplatform,madebyGoogolcompany.Keywords:permanentmagnetlinearsynchronousmotor,linearextendedstateobserver;activedisturbancerejectioncontrol;backsteppingcontrol收稿日期：2017-05-06基金项目：国家自然科

6、学基金（51475462）作者简介：陈志翔，男，江苏宿迁人，博士研究生，E-mail：czx91154@163.com高钦和（通讯作者），男，山东曲阜人，教授，博士生导师，E-mail：gao202@189.cn永磁直线同步电机（permanentmagnetlinearsynchronousmotor，PMLSM）具有高动态响应和高控制精度的特点，广泛应用于各种工业领域[1]。由于电磁推力可直接作用于负载上，PMLSM性能容易受系统不确定因素的影响，如由电机自身结构引起的推力波动，包括齿槽力和端部效应，系统参数的不确定性和摄动，由机械系统的死区柔性等引入的非线性环节

7、等。这使得高性能直线电机的控制系统设计变得更加复杂。传统永磁直线同步电机伺服系统多采用PID控制算法[2]，虽然PID算法具有广泛的适用性，但是PID算法的参数需要根据控制对象以及外界环境的不同进行不断地调节，而且对外界干扰的适应能力不强，鲁棒性较差[3]。自抗扰控制技术（activedisturbancerejectioncontrol，ADRC）是一种几乎不依靠数学模型来处理非线性、大不确定性和外部扰动的控制方法。ADRC的核心技术[3,4]是动态补偿线性化，基本思想是将系统未建模动态和外部扰动定义为总和扰动，有效地估计该扰动并在闭环反馈中消除该