V01．32 No．33
@2012 Chin．Soc．for
第32卷第33期
2012年11月25日
中
国
电机工程学报
ofthe CSEE
Nov．25，2012
67
Proceedings
Elec．Eng
341
文献标志码：A
学科分类号：470· 40
文章编号：0258—8013(2012)33．0067．08
中图分类号：TM
质量波动对永磁同步直线电机控制器的
影响及其补偿
李志军，刘成颖，孟凡伟，周凯
(清华大学精密仪器与机械学系，北京市海淀区100084)
Influences ofMass Variation on Permanent
Linear
Synchronous
Magnet
Its Compensation
MotorControllers and
LI
Kai
Fanwei，ZHOU
Zhijun，LIUChengying，MENG
and
Mechanology,Tsinghua University,Haidian District，Beijing 1 00084，China)
ofPrecision Instruments
(Department
ABSTRACT：Parameter variation．especially mass variation．
动补偿和电流前馈，可使实际模型与设定模型保持一致，补
偿了质量波动对位置闭环带宽的影响，保持了控制器的跟踪
性能。实验结果验证了该方法的有效性。
occurs
in
linear
frequently
permanent magnet
synchronous
motor feed
effect of mass variation on
systems．The
position
bandwidth is conducted based on the controller structure
loop
关键词：质量估计；模型波动；模型补偿；干扰观测器；零
相位跟踪控制器；直线电机
of disturbance observer and zero
controller and
error
composed
phase
tracking
proportional—integral—derivative(PID)
controllers．A
mass would decrease the
position loop
large
0
引言
zero
bandwidth and ruin the
error characteristics，which
phase
直线电机由于其结构简单、具有高速和高加速
度等特点而被广泛应用于各种直线进给场所u。J，特
deteriorates
the
tracking performance．A compensator,
and model
mass identification
including
compensation，is
to
the mass variation effect．A model
introduced
compensate
linear
别是永磁同步直线电机(permanent magnet
method is utilized in mass
reference
adaptive
steady
identification，
motor，PMLSM)由于其高效率、高推
synchronous
has
errors
than 3．5％．The can
system
compensation by
which
state
less
力密度及高控制精度等特点而获得青睐。但是，省
去中问传动环节使得干扰力直接作用于直线电机，
直线电机铁心断开会导致直线电机的三相电感不
对称，这都对直线电机控制器提出了更高的要
retain
with model
tracking performance
the actual model close to the fixed nominal model．
making
results are
to confirm the
validity
of the
Experimental
given
controller．
proposed
求【4‘5J。干扰观测器(disturbance observer，DOB)能
够检测出系统的干扰力和模型波动，并通过电流前
馈补偿干扰力和模型波动，有利于提高系统刚度和
KEY WORDS：mass
identification；model variation；model
error
observer；zero
compensation；disturbance
phase
tracking
motor
controller；linear
模型鲁棒性，受到学者们的关注怕崔J。DOB是基于
摘要：在直线电机进给系统中，运动质量的波动是最主要的
模型参数波动。基于将干扰观测器和零相位跟踪控制器与
PID相结合的控制器结构，分析了质量波动对位置闭环带宽
的影响，通过分析可知质量增大会降低位置带宽，破坏位置
闭环的零相位误差特性，降低位置跟踪性能。为了补偿质量
波动的影响，提出一种基于质量估计和模型补偿的控制器结
构。质量估计采用模型参考白适应方法，能够准确及时地估
计出质量，稳定后误差不超过3．5％。模型补偿包括质量波
被控对象名义模型设计的，当实际模型和名义模型
存在偏差时，DOB会引入相位补偿，导致跟踪性能
error
变差[9]。零相位前馈控制器(zero phase
tracking
controller，ZPETC)是Tomizuka等基于指令预读功
01，能够提高系统带
能而设计的一种前馈控制器【1
宽，减小跟踪误差，广泛用于运动控制【11-131。ZPETC
是基于系统闭环模型设计的，模型参数波动会降低
系统的跟踪性能。
基金项目：国家科技重大专项(2011ZX04016—011，2009ZX04010—
022)。
抑制模型参数波动影响的方法主要有两类：第
一类方法是在线估计模型参数，并根据估计结果在
National Science and
Technology Major Project(2011ZX04016-011．
2009zx04010—022)．
万方数据
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