直線電機(jī)不需要轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，直接將電磁能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)高精度的直線運(yùn)動。因此，它被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代高精度機(jī)械系統(tǒng)，如半導(dǎo)體制造業(yè)，數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器。直線電機(jī)通過改變旋轉(zhuǎn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，取消了轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，大大降低了接觸型的非線性和擾動的影響，如間隙和摩擦等。

       為了實(shí)現(xiàn)對含不確定性的PMLM系統(tǒng)的高精度軌跡跟蹤，中科深谷團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種魯棒控制方法。該項(xiàng)研究以論文（永磁直線電機(jī)）為題發(fā)表于2023年ROBOTICS（機(jī)器人學(xué)） 期刊中。

——直線電機(jī)工作原理？

       直線電機(jī)是一種通過將封閉式磁場展開為開放式磁場，將電能直接轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動的機(jī)械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動裝置。它的結(jié)構(gòu)可以看作是將旋轉(zhuǎn)電機(jī)從中間切開并拉伸成直線而形成，主要由定子和移動部件組成，定子產(chǎn)生磁場，移動部件受到磁力作用而運(yùn)動。

一種魯棒控制方法

——研究思路

       基于Udwadia-Kalaba方程描述永磁直線電機(jī)（PMLM）的動力學(xué)模型，結(jié)合約束跟蹤方法，提出一種魯棒控制方法，實(shí)現(xiàn)對含不確定性的PMLM系統(tǒng)的高精度軌跡跟蹤。首先，通過在PMLM系統(tǒng)的無約束Udwadia-Kalaba方程中加入廣義約束力，將PMLM系統(tǒng)描述為約束跟隨系統(tǒng)。其次，基于所提出的模型，通過不確定性分析，設(shè)計(jì)了魯棒約束跟蹤控制器。同時，證明了所設(shè)計(jì)的控制器對于不確定系統(tǒng)具有確定性性能：一致有界和一致最終有界。數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均驗(yàn)證了該系統(tǒng)控制方法的正確性與有效性。最后，本文的約束跟蹤設(shè)計(jì)方法也可應(yīng)用于其他不確定系統(tǒng)。

一種魯棒控制方法

——論文工程應(yīng)用價(jià)值

       本研究旨在通過抵抗外部干擾和內(nèi)部不確定性來實(shí)現(xiàn)高性能的軌跡跟蹤。實(shí)際上，我們不僅提出了一個魯棒控制器的不確定系統(tǒng)，但它也應(yīng)用到PMLM的軌跡跟蹤。一致有界性與一致最終有界性得到了保證。通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證了理論分析的正確性，并與傳統(tǒng)的魯棒控制器進(jìn)行了比較。通過采用約束描述的U-K方法，該控制器以較低的控制代價(jià)獲得了較好的穩(wěn)態(tài)性能。最后，對于其他二階系統(tǒng)，可以通過將系統(tǒng)描述為約束U-K方程來進(jìn)行動態(tài)系統(tǒng)的分析和控制器的設(shè)計(jì)。 

中科深谷設(shè)備科研價(jià)值

——CSPACE，永磁直線電機(jī)平臺，半實(shí)物仿真

實(shí)驗(yàn)平臺主要由裝有直線位移傳感器的直線電機(jī)、cSPACE實(shí)時控制系統(tǒng)、電機(jī)伺服驅(qū)動器、裝有MATLAB/Simulink的PC機(jī)以及用于發(fā)送控制數(shù)據(jù)和監(jiān)控相關(guān)數(shù)據(jù)的圖形用戶界面組成。通過Matlab 2018 b/Simulink平臺，對基于動態(tài)模型和魯棒控制器的PMLM進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了所提控制器的可行性和準(zhǔn)確性。