为了解决定子分段式永磁直线同步电机(PMLSM)存在的因磁阻效应、负载阻力、摩擦力、参数摄动以及动子进出定子时耦合面积变化所造成的控制性能下降的难题, 根据动子和定子的耦合状态, 提出一种在完全耦合阶段和动子退出定子阶段的分段式控制方法。首先, 在动子与定子完全耦合阶段采用改进滑模控制器减小推力波动导致的速度波动, 再通过加入扰动观测器降低滑模切换项所带来的抖振现象; 在动子退出定子阶段, 建立相关电磁参数与动子位置的函数关系, 实时补偿由耦合面积变化引起的动子失速, 使动子速度在退出时接近给定值。仿真及实验结果表明: 动定子完全耦合过程中的速度稳态误差为0.005 m/s, 收敛时间为0.3 s, 动子退出定子阶段的速度波动不超过0.04 m/s, 满足定子分段式PMLSM用于长行程自动运输系统对平稳性及快速性的需求。

为了解决长行程定子不连续永磁直线同步电机存在的因无法全程安装位置传感器和不同动子和定子之间的电磁参数不固定所造成的控制性能下降的难题, 提出一种在每一段定子内先进行参数标定, 再进行速度控制的控制系统设计。首先, 在动子进入过程中, 对电机进行电磁参数标定, 根据标定参数对控制器参数进行调整, 以达到更好的控制效果。然后, 使用无位置传感器控制系统使动子快速达到设定速度值并稳定运行。实验结果表明: 动子进入过程参数标定精度分别为0.002 Wb和0.000 4 H; 无位置传感器控制中位置估计精度为0.63 mm, 速度收敛时间为0.45 s, 稳态误差为0.02 m/s。基本满足永磁直线同步电机用于长行程运输的控制快速性、稳定性等要求。

针对永磁直线同步电机激光切割运动平台的位置伺服控制低抖振、高精度、强鲁棒的要求, 在传统双幂次滑模趋近律的基础上, 提出一种变边界层的双幂次滑模趋近律带滑模扰动观测器的复合趋近律滑摸控制方法。变边界层方法是对控制系统的控制精度要求和降低抖振的权衡, 而所提出的方法又继承了传统双幂次滑模趋近律方法的有限时间收敛特性。为了降低控制系统设计的保守性, 设计了一种基于超螺旋算法的滑模扰动观测器对系统的未知扰动进行估计, 并在此算法中添加一个幂指数, 通过仿真实验证明了提高幂指数的数值可加快未知扰动的估计值的收敛速度。结合Lyapunov稳定性理论, 证明了闭环系统的稳定性。最后, 搭建了用于激光切割的永磁直线同步电机平移试验台对所提出的控制器进行测试。实验结果表明: 本文所提出的控制器的位置跟踪误差不超过1 μm, 且误差波动较小, 能够满足伺服控制系统的要求。