直线电机驱动的磁悬浮平台推力动态解耦控制

孙海荣

摘要：本文主要针对直线电机驱动的磁悬浮平台推力动态解耦控制进行分析，文章中设计采用一种逆系统方法对三角自由度磁悬浮平台解耦控制，在该方法进行动态解耦控制过程中，主要完成数学模型构建以及解耦控制计算等环节。同时，本文为了研究磁悬浮平台推动力动态解耦控制方法，最后也对该方法实施的仿真模拟，确认该动态解耦控制方法的有效性。

关键词：直线电机驱动；磁悬浮凭条；推动动态解耦控制

直线电机驱动的磁悬浮平台具有强耦合性、非线性的特点，所以在其控制过程中，动态和静态性受到的影响相对比较大。因此，在磁悬浮平台控制研究过程中，针对性提出了动态解耦控制研究方向。在该方法中首先需要构建超精密、微型磁悬浮平台的数字模型，并且采逆系统下的反馈算法完成解耦控制计算，最后得到反馈控制规律，从而实现动态解耦控制。

1.研究背景

直线电机驱动的磁悬浮平台推动平台是利用半导体光刻技术、超精密加工技术以及微型纳米技术的磁悬浮运动平台，该平台运作的主要动力依靠三天直线伺服驱动装置。因此，磁悬浮平台推力运作与三套直线伺服驱动装置有重要的关系。因此，对磁悬浮平台推力控制，就能够保证平台运行良好。但是，在实际的运作过程中，发现磁悬浮平台推动动态控制还存在问题。如，动子负载不够对称，自由度和驱动装置之间也会产生刚性耦合，从而造成控制困难的问题。因此，以上情况也造成了驱动装置各自由度耦合的问题。因此，整个自动度研究的过程中，需要针对动态解耦进行分析。而本文研究过程中，提出了推力动态解耦控制方法。该控制方法在应用过程中，也开始应用反馈线性化方法，具有良好的控制效果。

2.三角自度磁悬浮平台的解耦控制方法

本文在研究过程中，提出了三角自由度磁悬浮平台解耦控制方法，在整个解耦控制过程中，数学模型构建以及解耦控制计算分析过程中，以下是对该方法的具体分析研究。

（1）三角自由度磁悬浮平台模型构建

驱动三角自由度平台的永磁直线电机装置的定子呈U型结构。并且整个平台主要包括右端悬浮控制线圈、定子铁心、左端悬浮控制线圈、永久磁铁、铝架以及东子铁芯等，在整个模型构建过程中，主要依靠以上方法完成模型构建，实施必要的模型构建，建立三角坐标系。在坐标系中，φ代表坐标系角度，光栅传感器检测为T型动子y方向二驱动电机位置，整个电机中包括U型空间和X方向的宽度2Lx等参数，而在模型构建中，也需要应用公式进行具体的模型计算。以下公式1为悬浮高度角计算公式。

=arctg

在整个模型构建过程中，针对T型动子图受力图构建也非常关键，以下图1为T型动子受力图。

图1  T型动子受力图

按照上述受力图，可以确定组合坐标情况。

在公式中，、2、3分别代表不同的力、而、、则代表——D／A转换器的输出电压，、、则代表——D／A转换器的补偿电压，而、、代表比例系数。以上述受力坐标构建T型动子受力图，完成模型构建。

通过整体结构模型构建以及T型动子受力坐标模型构建，构建三角自度磁悬浮平台的解耦控制方法，才可以确保后续的解耦控制计算良好实施[1]。

（2）动态解耦控制计算方法

动态解耦控制计算方法是在模型构建之后提出的关键方法，该方法在应用过程中，主要是利用逆系统反馈计算方法，在应用该计算方法后，最后得出反馈控制规律，在实际的控制过程中，正是根据反馈控制规律完成各项控制，提升控制效果。以下是对动态解耦控制计算方法步骤进行分析：

h0（*）=y-=y-

     =rank=0

     h1===

     =rank=0

在整个公式中，h2取值

     3=ank=

通过上述公式计算分析可知，、、都非常满足你系统的解耦线性条件，所以本次计算有效。而根据上述公式，也可以反推反馈控制规律。以下是对系统的反馈控制规律进行分析：

通过上述公式推导了解了推力动态解耦控制方法的反馈规律，实际的规律计算实施过程中，就是根据解耦计算方法完成各项公式计算，确保整个规律计算实施更有效果，也能够保证动态解耦控制更加合理[2]。

3.解耦控制方法的模拟验证

本文在研究磁悬浮平台推力动态解耦控制方法的过程中，提出了逆系统反馈计算方法和规律，为了保证本次研究具有实践性，研究解耦控制方法之后，还针对该方法进行验证。在本次验证实施时，按照上述方法设计应用解耦控制系统。整个解耦控制系统主要包括前馈系统、逆系统以及磁悬浮平台等组成，逆系统在应用过程中，与前馈系统共同采集磁悬浮平台的应用数据，并且利用上述反馈计算方法和反馈规律实现对磁悬浮平台的应用控制。并且子在本次实践过程中，建立仿真模型，对解耦控制方法的稳态值进行分析。仿真模型中。为：最大行程z和y为160 mm×160 mm。在最后，根据稳态数据对比，确定本文提出方法的应用有效性。而在本次模拟中发现，X轴和Y轴的相应曲线平稳在3mm和15mm，并且放大稳态后，发现数值波动较小。证明本次提出的逆系统反馈计算方法具有良好的解耦控制作用

[3]。

结束语

通过本文理论和实践探讨，提出和验证了逆系统反馈磁悬浮平台推力动态解耦控制方法，证明该方法具有解耦控制的有效性，能够提升控制应用效果。

参考文献

[1]袁茂林, 张兴华, 何健波. 磁浮轨道检测平台直线电机设计与仿真计算[J]. 科学技术创新, 2021(25):3-3

[2]邹圣楠, 刘畅, 邓舒同,等. 基于混合式磁浮平台的解耦及控制分析[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(3):9-9

[3]袁明星, 刘馨, 张雪波. 驱动约束下直线电机自适应鲁棒优化控制[J]. 控制工程, 2022, 29(5):6-6