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永磁直线同步电机与旋转同步电机相比，具有更高的推力密度，更低的热损耗，而且不存在机械耦合和滚珠丝杠问题，广泛应用于高速度、高精度的数控加工领域。由于电机运行在模型不确定性、负载扰动、参数摄动等复杂多变的工作环境，PMLSM系统通常会存在多种匹配/不匹配扰动，位置跟踪的快速性和精度恶化问题凸显，因此采取有效的控制策略，提高PMLSM的位置跟踪性能，对于提高机床加工精度具有重要意义。
沈阳工业大学电气工程学院的方馨、王丽梅、张康在2023年第2期《电工技术学报》上撰文针对永磁直线同步电机运行时存在模型不确定性、负载扰动、参数摄动等匹配/不匹配扰动的问题，提出一种基于扰动观测器的高阶非奇异快速终端滑模控制策略。
研究人员基于直线电机的应用场合，考虑系统的模型不确定性、负载扰动、参数摄动等影响因素，建立直线电机在两相旋转坐标系下的数学模型。利用非线性扰动观测器观测匹配/不匹配扰动，降低系统对多重扰动的保守性。设计高阶非奇异快速终端滑模控制器，增强系统的鲁棒性，并将反馈电流引入滑模面，实现电机位置、速度和电流的整体控制，提高位置跟踪系统的动态性能和稳态性能。他们制作并搭建实验平台，验证了控制算法的可行性，能够有效提高系统的跟踪精度和鲁棒性。
图1 系统控制原理框图
图2 PMLSM系统实验平台
研究表明，基于扰动观测器的高阶非奇异快速终端滑模控制能够对不同类型的指令保持较好跟踪性能和鲁棒性，不仅在整个跟踪过程中获得了最佳的控制精度和鲁棒性，而且削弱了抖振现象。
本课题的研究成果提供了直驱伺服系统的控制方法和实验测试手段，为多轴电机驱动平台控制研究提供了一定的参考。
团队介绍
沈阳工业大学功率电子与运动控制研究团队长期致力于运动控制系统理论及实现的研究工作，结合现代控制理论及智能控制理论在电气传动领域的应用研究。近年来，对直线电机驱动系统的基础理论和共性关键技术以及直驱多轴平台系统的轮廓控制、协调控制、鲁棒控制等进行了多方面地探索与研究，先后完成了多项国家自然科学基金资助项目。
学科团队的主要研究领域包括现代伺服电机及伺服驱动器系统优化设计及测试、高性能伺服电机与驱动器的匹配性设计研究、直线伺服系统的高精度控制策略研究、伺服系统的智能化控制策略研究。
本文编自2023年第2期《电工技术学报》，论文标题为“基于扰动观测器的永磁直线电机高阶非奇异快速终端滑模控制”。本课题得到国家自然科学基金（51875366）的支持。沈阳工业大学“功率电子与运动控制研究所”为本项目的研究提供实验设备支撑。
引用本文
方馨, 王丽梅, 张康. 基于扰动观测器的永磁直线电机高阶非奇异快速终端滑模控制[J]. 电工技术学报, 2023, 38(2): 409-421. Fang Xin, Wang Limei, Zhang Kang. High Order Nonsingular Fast Terminal Sliding Mode Control of Permanent Magnet Linear Motor Based on Disturbance Observer. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023, 38(2): 409-421.
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