基于微分几何永磁直线同步电机非线性控制方法研究

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1、万方数据第36卷第6期2013年12月电子器件ChineseJournalofElectronDevicesV01．36No．6Dec．2013BasedonDifferentialGeometryPermanentMagnetLinearSynchronousMotorNonlinearControl+LIUJian+，CUILiuyue，GONGZhiheng，LIUMe驰，GAOEnyang(Fo州tyofl西ormationandControlEngineering，蛳增JianzhuUm

2、抛n@，Shenyang110168，Ch／na)Abstract：Inordertoachievethegoodcontrolperformanceofpermanent—magnetlinearsynchronousmotor(PMLSM)inverticalliftsystem．Basedonthetheoryofinductionmotor，themathematicalmodelofPMLSMisanalyzed．Intermsofnonlinearsystemofdifferentia

3、lgeometrystatefeedbacklinearizationmethod，thenonlinearsystemoflinearsynchronousmoteristurnedintoalinearsystem．Onthisbasis，anoptimalcontrollerWasdesignedtocontrolit．Atlast，Thesimulationresultsverifythecorrectestimateofthecontrolstrategyofthestates，andd

4、eveloptherobustnessofPMLSM．ComparingthePIDalgorithm，theproposedalgorithmhasgreatsupefiofit)r．Keywords：nonlinearsystem；PMLSM；differentialgeometry；statefeedbacklinearization；optimalcontrolEEACC：51加C；8130Edoi：10．3969／j．issn．1005—9490．2013．06．030基于微分几何的永磁

5、直线同步电机非线性控制方法研究术刘剑+，崔柳月，龚志恒，刘美菊，高恩阳(沈阳建筑大学信息与控制工程学院，沈阳110168)摘要：为了实现永磁直线同步电机在垂直升降系统运行过程中的良好控制性能，从电机学原理出发，分析了永磁直线同步电机的数学模型，提出了一种微分几何非线性最优控制的方法。通过微分几何的状态反馈精确线性化把直线电动机的非线性系统转换为线性系统，并在此基础上应用非线性最优控制理论设计控制器。最后，实现对电动机的优化控制，实验结果表明：所提出的方法提高了系统的运动性能，增强了系统对参数摄动和

6、外在扰动的鲁棒性，较传统PID算法有更好的优越性。关键词：非线性系统；永磁直线同步电机；微分几何；状态反馈精确线性化；最优控制中图分类号：TM301．2文献标识码：A文章编号：1005-9490(2013)06棚85—舛永磁直线同步电机PMLSM(PermanentMagnetLinearSynchronousMotor)¨1具有机械结构简单、低摩擦阻力、无污染、无反冲、长距离高速高精度定位等优势，在很多领域发挥着重要作用。近几年来，将其应用于垂直升降系统引起了人们极大的关注。它作为电梯的曳引驱动

7、系统，具有运行能耗低、传动效率高和占用空间小等优点，其工作状况直接影响着电梯的运行状态。然而，由于它的高精度运动会受到负载扰动、推力波动(齿槽力波动、磁阻力波动、端部效应等)的影响，因此对其控制器的设计提出更高的要求。为了能够克服伺服系统所具有的非线性和不确定性，很多研究人员将滑模变结构控制算法【21应用于PMLSM系统中，滑模变结构控制算法日1具有响应速度快，稳定易实现等优点。文献[4]提出了二阶滑模控制方法，设计速度电流控制器，在出现参数和推力变化时，分别选取速度和直轴电流控制的滑模量，使系统

8、具有良好的速度跟踪性能，并提高了鲁棒性。文献[5]提出了神经滑模控制方法，通过控制器实现位置跟踪，在线调整参数，实现了伺服系统的跟踪精度和低速平稳性。文献[6]提出自适应模糊滑模变结构控制算法，采用自适律和模糊逼近理论来逼近滑模控制器的输出，还应用自适应的切换控制器对滑模控制器的输出进行补偿。提高了系统在高加速度运动条件下的控制精度。但上述控制方法只能保证系统状态收敛到以滑模面为中心的边界层内，只能任意接近滑模，不能收敛滑模07‘8

9、，因此在一定程度上系统的精度得不到保证。为此，本