H型精密運動平臺自適應(yīng)滑模補償同步控制系統(tǒng)與方法
【專利摘要】本發(fā)明是針對H型精密運動平臺的同步控制問題，提出了一種RBF網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)滑模補償裝置。該裝置以雙邊直線電機(jī)的同步誤差為輸入，利用其強(qiáng)大的自學(xué)習(xí)能力使H型精密運動平臺兩邊平行電機(jī)之間的位置誤差趨近于零，從而減小系統(tǒng)的同步誤差，達(dá)到同步控制的目的。該控制系統(tǒng)硬件包括主電路、控制電路和控制對象三部分；控制電路包括DSP處理器、電流采樣電路、動子位置采樣電路、IPM隔離驅(qū)動電路和IPM保護(hù)電路。
【專利說明】H型精密運動平臺自適應(yīng)滑模補償同步控制系統(tǒng)與方法
[0001 ]技術(shù)領(lǐng)域:本發(fā)明屬于數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種RBF網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)滑模補償控制 器的H型精密運動平臺的同步控制方法。
【背景技術(shù)】 [0002] :直線伺服系統(tǒng)作為超精密運動平臺的核心組成，其良好的動、靜態(tài)性能 直接影響著平臺的速度、加速度、定位精度等參數(shù)，但傳統(tǒng)的精密運動平臺大多使用旋轉(zhuǎn)電 機(jī)帶動絲杜螺母副，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為運動平臺的直線運動。這種驅(qū)動方式存在傳動鏈長、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、附加的慣量大、系統(tǒng)剛度低、摩擦影響大等缺點。不能滿足高速度和高精度 加工的要求，導(dǎo)致運動速度和精度受到嚴(yán)重限制。為了解決以上這些嚴(yán)重影響運動平臺精 度的因素，我們采用直線電機(jī)直接驅(qū)動方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)和滾珠絲杠的驅(qū)動方式，去 除了電動機(jī)到運動平臺的傳動環(huán)節(jié)，將傳動鏈縮短為零;此外，新型的H型精密運動平臺使 用氣浮軸承導(dǎo)向和支承，基本消除摩擦的影響，還為系統(tǒng)提供了較大的剛度，更易實現(xiàn)高速 度和高加速度的運動，可以達(dá)到亞微米乃至納米級的定位精度。
[0003] H型精密運動平臺控制系統(tǒng)采用雙直線電機(jī)共同驅(qū)動的平行系統(tǒng)，滿足高加速、高 推力和高剛性的要求，是具有機(jī)械耦合的雙線性伺服系統(tǒng)。雖然這種結(jié)構(gòu)可以避免單軸驅(qū) 動帶來的運動滯后和機(jī)械振蕩，但盡管兩邊采用同樣的直線電機(jī)和相同的控制方法，也會 由于兩個回路之間的耦合以及諸多不確定性致使兩電機(jī)不可能達(dá)到完全絕對的同步，這就 會引起橫梁的扭轉(zhuǎn)，對工作臺的定位造成很大的誤差，嚴(yán)重時會導(dǎo)致運動平臺卡死甚至損 壞驅(qū)動元件。因此確保雙直線電機(jī)的同步運動相當(dāng)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 發(fā)明目的：本發(fā)明提供了一種H型精密運動平臺自適應(yīng)滑模補償同步控制系統(tǒng)與 方法，其目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的兩電機(jī)不能完全同步，引起橫梁的扭轉(zhuǎn)，對工作臺 的定位造成很大的誤差等問題。
[0005] 技術(shù)方案：
[0006] -種H型精密運動平臺自適應(yīng)滑模補償同步控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括主電路、控制電 路和控制對象三部分；
[0007] 所述控制電路包括DSP處理器、電流采樣電路、動子位置采樣電路、IPM隔離驅(qū)動電 路和IPM保護(hù)電路；
[0008] 所述主電路包括調(diào)壓電路、整流濾波單元和IPM逆變單元；
[0009] 所述控制對象為三相永磁直線同步電機(jī)H型精密運動平臺，機(jī)身裝有光柵尺；
[0010] 所述電流采樣電路、動子位置采樣電路、IPM隔離驅(qū)動電路和IPM保護(hù)電路分別與 DSP處理器連接，所述DSP處理器通過電壓調(diào)整電路連接至所述主電路中的調(diào)壓電路；
[0011] 所述主電路中的調(diào)壓電路通過整流濾波單元連接至IPM逆變單元;所述IPM逆變單 元與三相永磁直線同步電機(jī)連接；
[0012]所述IPM隔離驅(qū)動電路和IPM保護(hù)電路分別與IPM逆變單元連接;所述電流采樣電 路通過霍爾傳感器連接所述三相永磁直線同步電機(jī)H型精密運動平臺；所述動子位置采樣 電路連接光柵尺。
[0013]所述的H型精密運動平臺自適應(yīng)滑模補償同步控制系統(tǒng)的控制方法，該方法運用 RBF網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)滑模補償控制器，將滑?？刂平Y(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近應(yīng)用到非線性系統(tǒng)的控制 中，該方法包括如下步驟：
[0014]步驟1系統(tǒng)初始化；
[0015] 步驟2允許TN1、TN2中斷；
[0016] 步驟3啟動T1下溢中斷；
[0017]步驟4程序數(shù)據(jù)初始化；
[0018] 步驟5開總中斷；
[0019] 步驟6中斷等待；
[0020] 步驟7TN1中斷處理子控制程序；
[0021]步驟8結(jié)束。
[0022]所述的H型精密運動平臺自適應(yīng)滑模補償同步控制方法，所述的TN1中斷處理子控 制程序包括如下步驟：
[0023] 步驟1TN1中斷子控制程序；
[0024]步驟2保護(hù)現(xiàn)場；
[0025] 步驟3判斷是否已初始定位;是進(jìn)入步驟4,否則進(jìn)入步驟10;
[0026] 步驟4電流采樣，CLARK變換，PARK變換；
[0027] 步驟5判斷是否需要位置調(diào)節(jié);否則進(jìn)入步驟7;
[0028] 步驟6位置調(diào)節(jié)中斷處理子控制程序；
[0029] 步驟7dq軸電流調(diào)節(jié)；
[0030] 步驟8PARK逆變換；
[0031] 步驟9計算CMPPx及PWM輸出；
[0032]步驟10位置采樣；
[0033]步驟11初始定位程序；
[0034]步驟12恢復(fù)現(xiàn)場；
[0035] 步驟13中斷返回。
[0036] 所述的H型精密運動平臺自適應(yīng)滑模補償同步控制方法，所述的步驟6位置調(diào)節(jié)中 斷處理子控制程序包括以下步驟：
[0037] 步驟1位置調(diào)節(jié)中斷子控制程序；
[0038]步驟2讀取編碼器值；
[0039]步驟3判斷角度；
[0040] 步驟4計算已走距離；
[0041 ]步驟5執(zhí)行位置控制器；
[0042]步驟6執(zhí)行自適應(yīng)控制器；
[0043]步驟7計算電流命令并輸出；
[0044] 步驟8中斷返回。
[0045] 優(yōu)點及效果:本發(fā)明采用可以逼近非線性系統(tǒng)的RBF網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)滑?？刂破髯鳛?補償控制器，來補償由于兩電機(jī)控制特性的不匹配和周圍環(huán)境的不確定性而產(chǎn)生的同步誤 差，從而能夠保證H型精密運動平臺在運動過程中的雙邊同步誤差趨近于零。
【附圖說明】：
[0046] 圖1為H型精密運動平臺結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047] 圖2為H型精密運動平臺RBF網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)滑模補償控制器系統(tǒng)框圖；
[0048]圖3為本發(fā)明方法中主控制系統(tǒng)程序流程圖及TN1中斷處理子控制程序流程圖；
[0049] 圖4為本發(fā)明方法位置調(diào)節(jié)中斷處理子控制程序流程圖；
[0050] 圖5為實現(xiàn)本發(fā)明所設(shè)計的永磁直線同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)硬件框圖； [0051]圖6-9為實現(xiàn)本發(fā)明的硬件控制系統(tǒng)原理圖，
[0052]其中：
[0053]圖6為電流檢測電路，
[0054]圖7為位置檢測電路，
[0055]圖8為電源電路，
[0056] 圖9為驅(qū)動電路。
【具體實施方式】：
[0057]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：
[0058]如圖1所示，本發(fā)明提供一種H型精密運動平臺的結(jié)構(gòu)及其建模方法。
[0059]采用磁場定向的控制方法，簡化電磁力為：
[0060] Fei=K/qi (1)
[0061] Kf i = 33inPiApMi/ (2ii) (2)
[0062] 其中Kfi是推力系數(shù)，g是推理電流命令;APMi永磁體磁鏈，nPi是初級磁極對數(shù)，Ti = 32mm，是極距。i = yi和y2代表雙直線電機(jī)伺服系統(tǒng)的yi和y2軸。
[0063]用電磁力表達(dá)的永磁直線電機(jī)的動力學(xué)方程為：
[0064] Fei=Mivi + Divi+FLi+ft{v) (3)
[0065] 其中Vi是電機(jī)的線速度，Mi是電機(jī)動子質(zhì)量，Di是粘滯摩擦和鐵損系數(shù)，F(xiàn)u是外部 擾動，fKv)是摩擦力。采用基于電機(jī)位置階躍響應(yīng)的曲線擬合技術(shù)來尋找電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的 準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型。
[0066] H型精密運動平臺的RBF網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)滑模補償器的同步控制系統(tǒng)采用將滑模控制 結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近用于非線性系統(tǒng)的控制中，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)模型未知部分的自適應(yīng)逼 近，可有效地降低模糊增益。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)律通過Lyapunov方法導(dǎo)出，通過自適應(yīng)權(quán)重的 調(diào)節(jié)保證整個閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和收斂性。在保證單軸運動精度的基礎(chǔ)上，通過控制器輸 出的補償信號來減小同步誤差使其趨于零。
[0067] 圖2為本發(fā)明提供的H型精密運動平臺同步控制方法的結(jié)構(gòu)圖，在傳統(tǒng)并聯(lián)同步控 制的基礎(chǔ)上引入同步誤差補償器，補償器采用RBF網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)滑模的控制方法，RBF網(wǎng)絡(luò)自 適應(yīng)滑模作為同步誤差補償控制器，其輸入分別為兩直線電機(jī)的位移同步誤差L和U，輸出 U作為修正量，對兩電機(jī)軸的速度參考指令進(jìn)行修正。
[0068] 忽略不確定性和磁場導(dǎo)向，公式（1)和(3)改寫入下：
[0070] 其中cU⑴是電機(jī)的位置，4，-藎/琢,4,:=及V風(fēng):>:〇池為控制效果，推理電流 命令?？紤]參數(shù)變化及系統(tǒng)的不確定項的存在，H型精密運動平臺的動態(tài)模型可以改寫為如 下：
[0071] = +/MK(/) + (5,/ +^/K + +ACi\Fii +./,(1')| .(5.) =
[0072] 其中1/% A4., ABi和ACi分別表*Ani，Bni和Cni的不確定項，這種不確定是 由系統(tǒng)參數(shù)Mi和Di引起的。H定義為集中不確定項，定義如下：
[0073] 1!; = Midi{t) + /\B!ui +{Cni+ACli；tFl; +./；(y)] (6)
[0074]假設(shè)集中不確定項為有界值
[0075] |Hi| |^8i (7)
[0076] 其中&是一個正常數(shù)。
[0077] 在H型精密運動平臺系統(tǒng)中，同時考慮單軸位置跟蹤誤差和兩軸間的位置同步誤 差。首先定義位置跟蹤誤差為
[0078] ei = yd-yi (8)
[0079] 式中，yd為位置輸入給定，i = l，2。同步誤差定義為
[0080] Ci = ei-e2,l,2 = e2-ei (9)
[0081] 式中，1和|2分別表示H型精密運動平臺心和心軸的同步誤差。如果式(9)中同步誤 差為零，那么H型精密運動平臺即為同步運行。將式(9)改為矩陣形式，即
[0082] W=TE (10) 「1. - r
[0083] 式中V = [li h]T，E=[ei e〗]1，'?1， 。 -丄_1
[0084] 為了確保跟蹤誤差和同步誤差同時收斂到零，將兩誤差結(jié)合，定義為混合誤差，表 示為
[0085] Eh = 01 +# ei _C，： =E + /^Y (11)
[0086] 式中，Eh=[ehl eh2]T，ehdPeh2分別表示H型精密運動平臺的混合誤差;0為兩電機(jī) 的耦合系數(shù)。將式(1 〇)帶入式(11)可得
[0087] Eh=(I+PT)E (12)
[0088] 式中，I為單位矩陣；（I+f3T)為正定矩陣。式（27)中，當(dāng)且僅當(dāng)E = 0,才有Eh = 0,也 就意味著W=〇。因此控制目標(biāo)就是設(shè)計一個控制器，使跟蹤誤差和同步誤差同時收斂到 零。
[0089] 為了滿足控制要求，定義滑模函數(shù)為
[0090] 5, =ceif+4；5〇0 (13)
[0091] 貝 IJ i,. =cehl+ehi =ce&
[0092] =cehi+yd-AJi-Bniul-H i+fili (14) ^ ^i,： + Xj ~./ ('')- ~1 !： + Pii
[0093] 由式（14)可見，如果 s-0,則 ehi-〇 且'
[0094] 由于RBF網(wǎng)絡(luò)具有萬能逼近特性，采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近f(y)，網(wǎng)絡(luò)算法為
(15)
[0096] f=ff*Th(x)+e (16)
[0097]其中，x為網(wǎng)絡(luò)的輸入;j為網(wǎng)絡(luò)隱含層第j個節(jié)點;h=[h」]T為網(wǎng)絡(luò)的高斯基函數(shù)輸 出，為網(wǎng)絡(luò)的理想權(quán)值；e為網(wǎng)絡(luò)的逼近誤差，e$eN。
[0098]網(wǎng)絡(luò)的輸入取X=[L |2]T，網(wǎng)絡(luò)輸出為 [0099] f[x) = Wih{x) (17)
[0100] 由于
[0101] f{x)-f(x) = IVv h(x) + a-~ W' h{x) = -IV! h(x) + a-
[0102] 定義Lyapunov函數(shù)為
[0110] 取n>|e|max，自適應(yīng)律為
[0111] W = ph{x) (22)
[0112] 則尹二竊-?/卜|<0 〇
[0113] 當(dāng)|^_〇時，s = 0,根據(jù)LaSalle不變集原理，閉環(huán)系統(tǒng)漸進(jìn)穩(wěn)定，時，s-0。由 于V彡0，#<〇 ,則當(dāng)時，v有界，則步有界，但無法保證滲收斂于W?？梢娍刂坡芍械聂?棒項nsgn(s)的作用是克服神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的逼近誤差，以保證系統(tǒng)穩(wěn)定。
[0114] 圖3為本發(fā)明方法中的控制系統(tǒng)流程圖，如圖所示，本發(fā)明方法最終由嵌入DPS處 理器中的控制程序?qū)崿F(xiàn)，其中系統(tǒng)初始化程序包括關(guān)閉所有中斷、DPS系統(tǒng)初始化、變量初 始化、事件管理器初始化、AD初始化和正交編碼脈沖QEP初始化。中斷服務(wù)子程序包括保護(hù) 中斷子程序和T1下溢中斷服務(wù)子程序。動子初始化定位、PID調(diào)節(jié)、矢量變換等都在定時器 T1下溢中斷處理子程序中執(zhí)行。
[0115] 其中T1中斷處理子程序按以下步驟進(jìn)行：
[0116] 步驟1TN1中斷子控制程序；
[0117] 步驟2保護(hù)現(xiàn)場；
[0118] 步驟3判斷是否已初始定位;是進(jìn)入步驟4,否則進(jìn)入步驟10;
[0119] 步驟4電流采樣，CLARK變換，PARK變換；
[0120] 步驟5判斷是否需要位置調(diào)節(jié);否則進(jìn)入步驟7;
[0121] 步驟6位置調(diào)節(jié)中斷處理子控制程序；
[0122] 步驟7dq軸電流調(diào)節(jié)；
[0123] 步驟8PARK逆變換；
[0124] 步驟9計算CMPPx及P麗輸出；
[0125] 步驟10位置采樣；
[0126] 步驟11初始定位程序；
[0127] 步驟12恢復(fù)現(xiàn)場；
[0128] 步驟13中斷返回。
[0129] 圖4為本發(fā)明方法中的位置調(diào)節(jié)中斷處理子控制程序流程圖，如圖所示，
[0130] 按照以下步驟進(jìn)行
[0131] 步驟1位置調(diào)節(jié)中斷子控制程序；
[0132] 步驟2讀取編碼器值；
[0133] 步驟3判斷角度；
[0134] 步驟4計算已走距離；
[0135] 步驟5執(zhí)行位置控制器；
[0136] 步驟6執(zhí)行自適應(yīng)控制器；
[0137] 步驟7計算電流命令并輸出；
[0138] 步驟8中斷返回
[0139] 圖5為實現(xiàn)本發(fā)明所設(shè)計的永磁直線同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)硬件圖，包 括主電路、控制電路和控制對象三部分;控制電路包括DSP處理器、電流采樣電路、動子位置 采樣電路、IPM隔離驅(qū)動電路和IPM保護(hù)電路;主電路包括調(diào)壓電路、整流濾波單元和IPM逆 變單元;控制對象為三相永磁直線同步電機(jī)H型平臺，機(jī)身裝有光柵尺;電流采樣電路、動子 位置采樣電路、IPM隔離驅(qū)動電路和IPM保護(hù)電路均與DSP處理器連接，DSP處理器還通過電 壓調(diào)整電路連接至調(diào)壓電路，調(diào)壓電路通過整流濾波單元連接至IPM逆變單元，IPM逆變單 元連接三相永磁直線同步電機(jī)；IPM隔離驅(qū)動電路和IPM保護(hù)電路與IPM逆變單元連接，電流 采樣電路通過霍爾傳感器連接三相永磁直線同步電機(jī)H型平臺，動子位置采樣電路連接光 柵尺。
[0140]圖6-9為所發(fā)明的控制系統(tǒng)的硬件原理圖，大體可分為3部分即，第一塊電路板為 功率電路板，包括AC-DC模塊，主電路的過壓欠壓保護(hù)，IPM模塊以及驅(qū)動電路，輔助電源電 路。第二塊電路板為控制電路板，包括DSP(TMS320F28335)，電流采樣、編碼器接口電路、 RS232通信、過流保護(hù)等電路。這塊電路板是整個伺服控制器的核心部分。第三塊電路板完 成顯示與控制輸入功能，包括數(shù)碼管顯示電路以及鍵盤輸入。其主要功能是顯示電機(jī)運行 時刻的狀態(tài)，部分故障原因以及完成各種控制信號的輸入。
[0141] 從圖6可以看出，本系統(tǒng)是一個速度和電流反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。DSP控制器負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換、計算電機(jī)的轉(zhuǎn)速和位置以及電流和速度的PI調(diào)節(jié)，最后得到電壓空間矢量PWM的 控制信號，再經(jīng)過光耦隔離電路后，驅(qū)動IPM功率開關(guān)器件。DSP，CPLD控制器負(fù)責(zé)整個系統(tǒng) 的的保護(hù)和監(jiān)控，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)過壓、過電流、欠電壓等故障，DSP將封鎖PWM輸出信號，以保 護(hù)IPM模塊。
[0142] 圖6為所發(fā)明的硬件控制系統(tǒng)的電流檢測電路，根據(jù)整個系統(tǒng)的設(shè)計，控制系統(tǒng)中 有電流反饋環(huán)，因此需要采樣電機(jī)的電流信號，在本設(shè)計中測量的是直線電機(jī)三相電流中 的兩相。本系統(tǒng)中采用CsM025PTS系列霍爾電流傳感器，它能采集的電流范圍是-16A~+ 16A，輸出的電壓范圍是0~5V。因為DSP芯片的AD模塊采樣的是電壓信號，需要將電流信號 轉(zhuǎn)化為電壓信號。同DSP的AD模塊輸入電壓范圍是0~3V，而采樣到得霍爾傳感器的電壓范 圍是0~5V，需要做適當(dāng)?shù)淖儞Q，把采樣的電壓信號轉(zhuǎn)化為合適的輸入范圍。16通道的AD模 塊需要用到其中的三個，本設(shè)計中選用的是ADCIN08和ADCIN09兩個通道，采樣后的電壓信 號重新轉(zhuǎn)化為兩相的電流信號存入相應(yīng)的寄存器中，進(jìn)行電流調(diào)節(jié)。經(jīng)過霍爾傳感器檢測 到得電流成比例的轉(zhuǎn)化為電壓信號?；魻杺鞲衅鬏敵龅碾妷盒盘柌贿m合AD模塊采集的電壓 范圍，需要經(jīng)過放大器對電壓信號進(jìn)行縮放。
[0143] 圖7為所發(fā)明的硬件控制系統(tǒng)的位置檢測電路，直線電機(jī)的位置信號的檢測是實 現(xiàn)直線電機(jī)精密控制的非常重要的因素且將其微分就是速度信號，本設(shè)計采用英國 RENI sHAW公司的RGH24X系列光柵尺，它的分辨率為lum，最高速度可達(dá)到5m/s。把 TMs320F28335事件管理器EVA的正交編碼脈沖電路(QEP)和光柵尺進(jìn)行連接，當(dāng)事件管理器 的QEP被使能后，就能對相應(yīng)的引腳輸出脈沖進(jìn)行計數(shù)，來確定電機(jī)運動的位置信息，根據(jù) 測量的位置信息相應(yīng)的調(diào)整控制策略，控制電機(jī)運動。安裝好的光柵尺在直線電機(jī)運動的 情況下，讀數(shù)頭輸出與位置信息有關(guān)的6路方波信號，其中它們是三對反向的RS422A方波信 號，經(jīng)過差分接收后，產(chǎn)生三路脈沖信號包括兩路正交編碼脈沖信號A和B，以及一路參考點 信號Z。正交編碼脈沖信號A和B用來檢測直線電機(jī)運動的位置信息，而Z信號用來做直線運 動過程中回零點位置的參考信號。由于光柵尺讀數(shù)頭輸出的3路脈沖信號是5V的，而DSP的 I/O口電壓是3.3V的，因此需要一個電平轉(zhuǎn)換芯SN74LVC4245DW來實現(xiàn)5V到3.3V的電平轉(zhuǎn) 換。同時使能DSP芯片事件管理器EVA的正交編碼脈沖電路和捕獲單元CAP3，QEP1和QEP2分 別接收A和B兩路正交脈沖，CAP3捕獲參考脈沖信號Z。
[0144] 光柵尺讀數(shù)頭輸出的正交編碼脈沖是兩路頻率可以變化相互正交的脈沖序列。當(dāng) 直線電機(jī)運動時，光柵尺的讀數(shù)頭會產(chǎn)生正交編碼脈沖信號，分別被QEP1和QEP2接口接收， 根據(jù)A和B脈沖信號的相位差是+90°還是-90°來確定直線電機(jī)的運動方向，同時可以確定通 用定時器的計數(shù)器的計數(shù)方向，如果QEP1接收的脈沖超前QEP2接收的脈沖，那么計數(shù)器是 遞增計數(shù)，相反則遞減計數(shù)。由于DSP的正交編碼電路對輸入正交脈沖上升沿和下降沿均進(jìn) 行計數(shù)，因此經(jīng)由QEP電路后輸出脈沖的頻率變?yōu)檩斎氲乃谋?，并且事件管理器會將該時鐘 提供給它的通用定時器作為通用定時器的時鐘頻率。在本設(shè)計中通用定時器TZ設(shè)置為定向 增/減計數(shù)，事件管理器EVA的正交編碼脈沖電路既為它提供時鐘頻率又提供計數(shù)方向。光 柵尺的分辨率為lum，直線電機(jī)每移動lum則通用定時器對四倍頻以后的脈沖進(jìn)行一次計 數(shù)，通過前后兩次計數(shù)器中不同的計數(shù)值可以確定直線電機(jī)運動的距離，同時有專門的寄 存器存儲計數(shù)器的計數(shù)方向，也是直線電機(jī)的運動方向。在DSP的中斷服務(wù)子程序中可以得 到直線電機(jī)的運動信息。
[0145] 圖8為所發(fā)明的硬件控制系統(tǒng)的電源電路，本發(fā)明所設(shè)計的電源電路就是要得到 直流電壓。首先通過一個整流橋?qū)⒔涣鬓D(zhuǎn)化為直流，然后通過濾波得到較好的直流電存儲 于大電容中，在將電容兩端作為直流電源的輸出口提供給功率模塊。其中的加入一根保險 絲，為了防止電路電流過大，起到保護(hù)電路作用。繼電器起到的是一個智能控制的作用，在 程序中當(dāng)DSP初始化時，電容充電，初始化完成后，在程序中給K1端口發(fā)送一個高電平，繼電 器發(fā)生一個開關(guān)動作使電容兩端直接連接電源電壓，這時候使電容兩端的電壓達(dá)到最大， 實驗時最大可到320V，達(dá)到為電機(jī)供電要求。
[0146] 圖9為所發(fā)明的硬件控制系統(tǒng)的驅(qū)動電路，直線電機(jī)驅(qū)動電路主要包括一個智能 功率模塊，本發(fā)明選用的是IRAMS10UP60B，它適用于較大功率的電機(jī)中，它能驅(qū)動的電機(jī)功 率范圍是400W~750W;主要由6個IGBT構(gòu)成的三相橋式電路，控制板上DSP芯片產(chǎn)生的PWM控 制信號輸入到功率模塊，控制3個橋臂的關(guān)斷，產(chǎn)生合適驅(qū)動電壓，驅(qū)動直線電機(jī)運動圖中 的HIN1和LIN1分別是第一相的上下橋臂的控制信號，它們都是低電平有效。IRAMS10UP60B 的工作電壓VDD是15V，VSS為接地端，為了達(dá)到良好的去耦效果，在這兩端加入兩個并聯(lián)的 去耦電容。由于輸入的PWM波信號是數(shù)字信號，而IRAMS10UP60B不具備把數(shù)字信號和功率信 號隔離的功能，因此在IRAMS10UP60B的輸入控制信號前需要加上光耦隔離，圖中TLP113即 實現(xiàn)了將輸入的PWM信號轉(zhuǎn)化為模擬信號的功能，然后輸入到對應(yīng)橋臂的控制信號輸入端。 在三相電壓的輸出端U，V，W分別加上一個2.2uF的自舉電容。在Itrip端口為低電平時，芯片 正常工作，當(dāng)橋臂的上部分輸入的控制信號為低電平，下部分是高電平的時候該相有輸出 電壓；當(dāng)上為高電平，下為低電平的時候輸出電壓為零;兩個都為低電平的情況是不容許出 現(xiàn)的，那樣會造成短路，燒毀芯片。當(dāng)Itrip端口為高電平時，芯片不工作，沒有電壓輸出，因 此在電路中加一個下拉電阻使Itrip端口為低電平，這樣功率模塊能正常工作。功率芯片自 身有過溫和過流保護(hù)，當(dāng)電路出現(xiàn)異常時能起到自我保護(hù)的作用。
[0147] 針對雙邊直線電機(jī)驅(qū)動的H型精密運動平臺，提出了一個RBF網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)滑模補償 控制器，解決以往運動控制中存在的問題，本發(fā)明的優(yōu)點在于該控制器將滑?？刂平Y(jié)合神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近用于非線性系統(tǒng)的控制中，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)模型未知部分的自適應(yīng)逼近，可 有效地降低模糊增益。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)律通過Lyapunov方法導(dǎo)出，通過自適應(yīng)權(quán)重的調(diào)節(jié) 保證整個閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和收斂性。在保證單軸運動精度的基礎(chǔ)上，通過控制器輸出償 信號來減小同步誤差使其趨于零。
【主權(quán)項】
1. 一種H型精密運動平臺自適應(yīng)滑模補償同步控制系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括主電 路、控制電路和控制對象三部分； 所述控制電路包括DSP處理器、電流采樣電路、動子位置采樣電路、IPM隔離驅(qū)動電路 和IPM保護(hù)電路； 所述主電路包括調(diào)壓電路、整流濾波單元和IPM逆變單元； 所述控制對象為三相永磁直線同步電機(jī)H型精密運動平臺，機(jī)身裝有光柵尺； 所述電流采樣電路、動子位置采樣電路、IPM隔離驅(qū)動電路和IPM保護(hù)電路分別與DSP 處理器連接，所述DSP處理器通過電壓調(diào)整電路連接至所述主電路中的調(diào)壓電路； 所述主電路中的調(diào)壓電路通過整流濾波單元連接至IPM逆變單元;所述IPM逆變單元 與三相永磁直線同步電機(jī)連接； 所述IPM隔離驅(qū)動電路和IPM保護(hù)電路分別與IPM逆變單元連接;所述電流采樣電路 通過霍爾傳感器連接所述三相永磁直線同步電機(jī)H型精密運動平臺；所述動子位置采樣電 路連接光柵尺。2. 如權(quán)利要求1所述的H型精密運動平臺自適應(yīng)滑模補償同步控制系統(tǒng)的控制方法，其 特征在于:該方法運用RBF網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)滑模補償控制器，將滑?？刂平Y(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近應(yīng)用 到非線性系統(tǒng)的控制中，該方法包括如下步驟： 步驟1系統(tǒng)初始化； 步驟2允許TN1、TN2中斷； 步驟3啟動Tl下溢中斷； 步驟4程序數(shù)據(jù)初始化； 步驟5開總中斷； 步驟6中斷等待； 步驟7 TNl中斷處理子控制程序； 步驟8結(jié)束。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的H型精密運動平臺自適應(yīng)滑模補償同步控制方法，其特征在 于:所述的TNl中斷處理子控制程序包括如下步驟： 步驟I TNl中斷子控制程序； 步驟2保護(hù)現(xiàn)場； 步驟3判斷是否已初始定位;是進(jìn)入步驟4,否則進(jìn)入步驟10 ; 步驟4電流采樣，CLARK變換，PARK變換； 步驟5判斷是否需要位置調(diào)節(jié);否則進(jìn)入步驟7 ; 步驟6位置調(diào)節(jié)中斷處理子控制程序； 步驟7 dq軸電流調(diào)節(jié)； 步驟8 PARK逆變換； 步驟9計算CMPPx及PffM輸出； 步驟10位置采樣； 步驟11初始定位程序； 步驟12恢復(fù)現(xiàn)場； 步驟13中斷返回。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的H型精密運動平臺自適應(yīng)滑模補償同步控制方法，其特征在 于:所述的步驟6位置調(diào)節(jié)中斷處理子控制程序包括以下步驟： 步驟1位置調(diào)節(jié)中斷子控制程序； 步驟2讀取編碼器值； 步驟3判斷角度； 步驟4計算已走距離； 步驟5執(zhí)行位置控制器； 步驟6執(zhí)行自適應(yīng)控制器； 步驟7計算電流命令并輸出； 步驟8中斷返回。
【文檔編號】G05B13/04GK105929693SQ201610340816
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】王麗梅, 張宗雪, 孫宜標(biāo)
【申請人】沈陽工業(yè)大學(xué)