基于主动变能统一模型理论的多直线电机系统同步控制研究

The synchronous performance of the multi linear motors system put forward higher requirements to the linear motor servo system. The multi linear synchronous modelof the non coupled structure is subject to disturbance and becomes not synchronous. The coupling structure model includes the relationship between the axes but its application is limited. In addition, the traditional multi linear motor synchronization model cannot achieve a unified control of a variety of motor combination and motion mode. And there isn't a synchronization model taking the system synchronization performance as the goal to carry on the overall control to the multi linear motor system. Therefore, Synchronous control model, control algorithm and synchronous real-time are researched. this research focuses on the following four top technologies：(1) The theory of unified synchronization model with changing energy actively and its effectiveness; (2) Control strategy base on the unified model synchronization and synchronous rectifier based on BP neural network, which is used to control the multi motor synchronous linear system;(3) SVPWM dead time compensation, dynamic sub initial position detection and resistance sampling current reconstruction rinciple and method to improve the response of linear motor servo;(4) High precision time synchronization method between multi linear motors and compensation method when sampling asynchronous in the multi motor synchronous linear system.The basic theories and key technologies of the multi linear motors synchronous control system base on hanging energy actively are generalized through theoretical analysis, simulated predictions, prototype machine trial and experimental verification.

多直线电机系统的同步指标对直线电机伺服器提出了更高的要求；非耦合的多直线电机同步模型易受扰动而失同步，耦合模型包含轴间关系但通用性不强；此外传统的多直线电机同步模型无法实现对多种电机组合方式与运动模式的统一控制，且未有同步模型以系统同步性能为目标对多直线电机系统进行整体控制。针对上述瓶颈，本项目从同步模型、控制算法以及同步实时性方面进行研究，围绕四大关键问题展开：(1)基于主动变能的统一同步模型理论推导及其控制有效性研究; (2)统一同步模型结合基于BP网络的同步校正器实现对多直线电机同步系统的闭环控制;(3)直线电机伺服器中的SVPWM死区补偿、动子初始位置检测和电阻采样电流重构原理以及提高响应速度的方法；(4)多直线电机间的高精度同步对时方法与不同步时基采样的补偿手段；通过理论研究，构建仿真模型、原型样机试制和实验验证系统，最终归纳出主动变能统一模型理论的多直线电机系统同步控制方法。

多直线电机同步控制在现代制造业等领域具有重要的研究价值。本项目对多直线电机系统的同步控制模型、控制算法及同步实时性进行研究，研究成果如下：.1.根据绝对不变性原理和统一建模思想，提出了主动变能统一同步模型，将对多直线电机系统的同步控制研究转化为对单台直线电机伺服驱动器和独立的同步校正器的研究，分析了补偿结构的可行性，通过仿真和实验验证了该模型的有效性。.2.考虑单轴子系统中摩擦、控制器饱和等非线性因素对电机跟踪精度的影响，设计了非线性PID加前馈动力学补偿的复合控制器，给出了控制器参数的整定规则，通过仿真和实验验证了方法的有效性。.3.考虑轴间耦合子系统的复杂非线性，设计了基于BP神经网络的耦合控制器，并提出多基点选优法解决BP算法对初始权值依赖性强、初始权值选择难度大的缺点，仿真和实验验证了该方法的有效性。.4.考虑单轴子系统中PID控制跟随性和鲁棒性的矛盾，设计二自由度PID控制器，结合遗传算法改善控制性能，通过仿真验证了方法的有效性。进一步，考虑电机动子负载变化等随机非线性扰动，以及耦合子系统对扰动的轴间传递问题，设计交叉耦合自抗扰控制，给出了控制器参数整定规则，仿真及实验结果表明所提方法能够提高双直线电机系统的抗干扰能力和轮廓精度。.5.考虑测量噪声等对获取高精度的速度信息的影响，设计了基于RBF神经网络的模型参考自适应速度观测器，采用Lyapunov理论对神经网络进行收敛性分析，通过仿真和实验验证了方法的有效性。.6.考虑传统永磁同步直线电机动子参数检测方法存在检测不准确、抗干扰能力差等问题，提出了基于PID神经元网络的无速度传感器闭环控制策略，避免了信息交换引起的滞后问题，仿真验证了方法的有效性。.7.考虑单轴子系统时延和耦合子系统耦合时滞，采用预测控制补偿时延引起的跟踪误差，提出无约束位置环模型预测控制算法。进一步，引入自适应预测步长策略，解决固定步长法对电机系统时延不敏感且预测精度有限的问题，仿真实验验证了方案的有效性.