一种永磁同步直线电机推力波动抑制方法、电子设备及存储介质

本申请涉及电机控制，特别涉及一种永磁同步直线电机推力波动抑制方法、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、永磁同步直线电机由于取消了传统的中间机械传动环节，实现了电能到直线运动的直接驱动，具有响应速度快、定位精度高、推力密度大以及运行可靠等显著优势，在半导体制造、高档数控机床以及精密微动平台等高端装备领域得到了广泛的应用。然而，受限于电机物理结构的非理想特性以及驱动系统的非线性因素，永磁同步直线电机在实际运行中不可避免地会产生推力波动。具体而言，永磁体磁场畸变引发的反电动势谐波，以及驱动系统中普遍存在的逆变器死区效应和开关管压降非线性，会导致电机定子电流中混入大量与基频强相关的周期性谐波成分。由于电机的电磁推力与定子电流直接相关，这些高频交变的畸变电流会直接转化为复杂的周期性推力波动。这种推力波动会削弱系统的稳态精度，这已成为制约直线电机在超精密伺服领域进一步推广的关键技术瓶颈。

2、为了抑制各类电气扰动并提升驱动系统的电流跟踪性能，自抗扰控制作为一种先进的鲁棒控制策略被引入到直线电机的电流环控制中。自抗扰控制不依赖于被控对象的精确数学模型，其核心在于利用扩张状态观测器将系统的内部参数摄动和外部未建模动态视为总扰动进行实时观测与主动补偿。尽管传统自抗扰控制在应对参数缓变或阶跃扰动时表现出了优异的鲁棒性，但在应对上述由电气谐波引发的高频推力波动时却暴露出明显的局限性。反电动势谐波和逆变器非线性引起的扰动属于高频、周期性交变信号，传统电流环扩张状态观测器受限于观测器带宽，在提取此类高频周期性扰动时会产生严重的相位滞后和幅度衰减，难以实现无静差的精确观测与完全补偿。这导致残余的谐波电流依然存在，使得推力波动无法从底层驱动端被彻底消除。因此，针对传统自抗扰控制在处理高频周期性电气扰动方面的不足，亟需构建一种具备周期性扰动抑制能力的自抗扰控制方法，以期在电流环实现对未知频率谐波扰动的高效精准补偿，从源头有效抑制永磁同步直线电机的推力波动。

技术实现思路

1、针对现有技术中传统自抗扰控制在直线电机电流环中难以无静差提取和补偿高频周期性电气扰动，从而导致推力波动的问题，本申请提供了一种基于迭代锁相环观测器的自抗扰控制方法，旨在从电流环底层实现永磁同步直线电机因逆变器非线性和反电动势谐波等引起的推力波动的高精度抑制。

2、为实现上述目的，本申请提供了一种永磁同步直线电机推力波动抑制方法，包括以下步骤：

3、s1：获取所述永磁同步直线电机的d轴和q轴参考电流、以及d轴和q轴实际电流；

4、s2：运行一个迭代学习锁相环观测器，以估计d轴的集总扰动，所述估计步骤包括：

5、将所述d轴集总扰动估计值分解为一个d轴周期性扰动估计值部分和一个d轴非周期性扰动估计值部分；

6、基于所述d轴实际电流与一个在所述迭代学习锁相环观测器内部维持的d轴电流估计值之间的d轴电流估计误差，更新所述d轴非周期性扰动估计值部分；

7、采用迭代学习方式，基于前一迭代周期的所述d轴周期性扰动估计值部分和当前周期的所述d轴电流估计误差，更新当前周期的所述d轴周期性扰动估计值部分；

8、s3：基于所述d轴参考电流、所述d轴实际电流以及由所述d轴周期性扰动估计值部分和所述d轴非周期性扰动估计值部分合成的所述d轴集总扰动估计值，生成最终d轴电压控制指令；

9、s4：输出所述最终d轴电压控制指令以及一个最终q轴电压控制指令，以驱动所述永磁同步直线电机。

10、进一步地，所述方法还包括：对q轴执行与d轴相对应的操作，以估计q轴的集总扰动，并基于所述q轴集总扰动估计值生成所述最终q轴电压控制指令。

11、进一步地，所述步骤s3中生成最终d轴电压控制指令的步骤包括：

12、计算所述d轴参考电流与所述d轴实际电流的差值，得到d轴电流误差；

13、根据一个包含所述d轴参考电流微分项、所述d轴电流误差的比例项、以及所述d轴集总扰动估计值的反馈控制律，计算出所述最终d轴电压控制指令。

14、进一步地，所述迭代学习方式的迭代周期基于所述永磁同步直线电机的永磁体极距和动子速度确定。

15、进一步地，所述迭代学习方式还包括对基于所述d轴电流估计误差计算出的更新量应用低通滤波处理。

16、进一步地，所述低通滤波处理采用的低通滤波器的滤波系数为小于1的正数。

17、进一步地，所述迭代学习方式还包括应用遗忘因子对所述前一迭代周期的d轴周期性扰动估计值部分进行衰减处理。

18、进一步地，所述步骤s2中，用于更新所述d轴非周期性扰动估计值部分的观测器增益基于预设的观测器带宽进行设定。

19、本申请还提供了一种电子设备，包括：相互耦接的存储器和处理器，所述处理器用于执行所述存储器中存储的程序指令，以实现如上任一项所述的永磁同步直线电机推力波动抑制方法。

20、本申请还提供了一种计算机可读存储介质，存储有程序数据，所述程序数据能够被处理器执行以实现如上任一项所述的永磁同步直线电机推力波动抑制方法。

21、本申请由于采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下至少一项的有益效果：

22、1、本申请所提出的迭代锁相环观测器继承了锁相环观测器对斜坡扰动的无静差跟踪优点，其干扰估计误差传递函数的分子相比传统扩张状态观测器，对相同频率的低频扰动具有更小的动态跟踪误差，能够实现对斜坡扰动的无静差跟踪。

23、2、本申请通过在锁相环观测器的扰动估计项中引入带有遗忘因子的比例迭代学习环节，增强了观测器对周期性扰动的捕获能力，能够在特定频率处对周期性扰动实现显著的幅值衰减，从而有效抑制由反电动势谐波和逆变器非线性引起的高频周期性推力波动。

24、3、本申请将迭代锁相环观测器所观测到的周期性扰动与非周期性扰动同时进行前馈补偿，从电流环底层实现了对永磁同步直线电机推力波动的有效抑制，推力波动和电流畸变均得到显著改善。

1.一种永磁同步直线电机推力波动抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对q轴执行与d轴相对应的操作，以估计q轴的集总扰动，并基于所述q轴集总扰动估计值生成所述最终q轴电压控制指令。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中生成最终d轴电压控制指令的步骤包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述迭代学习方式的迭代周期基于所述永磁同步直线电机的永磁体极距和动子速度确定。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述迭代学习方式还包括对基于所述d轴电流估计误差计算出的更新量应用低通滤波处理。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述低通滤波处理采用的低通滤波器的滤波系数为小于1的正数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述迭代学习方式还包括应用遗忘因子对所述前一迭代周期的d轴周期性扰动估计值部分进行衰减处理。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，用于更新所述d轴非周期性扰动估计值部分的观测器增益，所述观测器增益基于预设的观测器带宽进行设定。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：相互耦接的存储器和处理器，所述处理器用于执行所述存储器中存储的程序指令，以实现如权利要求1-8任一项所述的永磁同步直线电机推力波动抑制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有程序数据，所述程序数据能够被处理器执行以实现如权利要求1-8任一项所述的永磁同步直线电机推力波动抑制方法。