永磁直线电机控制器设计：奇异摄动法的三闭环策略

本文针对永磁直线同步电机(PMLSM)的控制器设计问题，提出了一个基于奇异摄动理论的三闭环控制策略。由于系统的多时间尺度特性，设计过程分为两个阶段。 首先，在内环（电流环）控制器的设计阶段，作者利用奇异摄动理论来处理系统中的不同时间尺度动态。这种方法考虑了电机运行时电流响应的快速变化与速度和位置控制相对缓慢的特点。通过奇异摄动分析，可以将复杂的非线性控制系统转化为一系列近似线性的子系统，使得控制设计变得更为精确。在这个阶段，作者采用了极点配置技术，这是一种常用的控制设计手段，旨在确定电流控制器的参数，以便实现期望的动态性能，如快速响应、稳定性和抗扰动能力。通过求解一组明确定义的线性矩阵不等式，得到了内环控制器的系数。 接下来，在第二阶段，利用前一阶段得到的内环控制器参数，作者采用了一种同伦算法。同伦方法允许在保持系统稳定性的同时，连续地调整外环（速度环和位置环）控制器的设计，以实现速度和位置的精确跟踪。这种方法考虑了系统整体的动态平衡，确保各环控制器之间的协调工作，从而提高整个系统的效率和精度。 最后，作者通过仿真验证了所提出的控制器设计方法的有效性。仿真结果展示了该奇异摄动控制策略在实际应用中的优越性能，包括稳定的电流控制、准确的速度跟踪以及良好的动态响应。这种设计方法对于永磁直线同步电机的高效控制具有重要意义，为工程实践提供了理论支持。 总结来说，这篇研究论文探讨了如何通过奇异摄动法有效地解决永磁直线同步电机的控制器设计问题，强调了时间尺度分离的重要性，并展示了通过分步设计和优化各环控制器以达到高性能的策略。通过仿真验证，证明了这一方法在实际应用中的可行性和实用性。这对于推进永磁直线同步电机技术的发展和优化电机控制系统的性能具有重要的学术价值。