CN109462356A - 一种直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法，属于自动控制及机电一体化技术领域。包括1)连接并设置直线电机驱动器的参数及测试直线电机的运行特性；步骤2)编程实现MFAC控制，具体为：2.1)据计算控制器输出u(k)；2.2)据计算估计器输出3)控制器输出u(k)下载到数字信号处理器再转化为模拟信号；4)生成电压输出信号驱动直线电机运行；5)在线修改无模型自适应控制算法的参数、修改期望正弦位置信号的幅值；6)进行伪偏导数在线估计；7)伪偏导数在线调节无模型自适应控制器的输出u(k)；8)实时显示控制结果，观测直线伺服系统运行效果。本方法稳态跟踪精度高、动态响应快、鲁棒性好且抗干扰能力强。

Description

一种直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法

技术领域

本发明涉及一种直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法，属于自动控制、机电一体化以及相关技术领域。

背景技术

非圆截面零件被广泛应用，现代工业要求非圆切削刀具在径向要高速、高精度跟踪复杂异型曲面，以提高加工精度。非圆切削车床的关键部件之一是径向进给系统，而非圆截面零件因为其独特的形状特征，给机械加工带来困难，型线越复杂，切削速度越高，对该进给系统的要求就越高。高系统传动精度、高切削频率响应能力、高刚性和抗动态负载的能力是零件截面型线不失真的保障。

直线电机及其伺服驱动控制技术在径向进给系统的广泛应用，使机床的传动结构出现了重大变化。然而在切削过程中，系统承受非线性切削力，刀具振动及其他干扰对系统产生的影响，参数的变化及导轨摩擦力的产生、内部存在的齿槽效应和端部效应等都给直线伺服进给机构的控制带来困难，要克服以上问题，除研究和采用高性能的硬件外，寻找更优化的控制算法并对其实施有效控制，一直是重要的具有挑战性的研究课题。本发明采用的无模型自适应控制(MFAC,model-free adaptive control)方案与直线伺服系统的模型结构和阶数无关，仅利用了直线电机系统电压输入和位置输出数据设计控制器，能够很好的解决上述问题。

A：传统PID加前馈的控制算法由于缺乏快速抑制扰动的能力已经不能满足愈来愈高的性能指标要求；

B：神经网络控制因仅用受控系统I/O数据来设计控制器而得到广泛应用，但需要进行离线与在线系统辨识，计算量大，且须知受控系统的阶数、模型等先验知识；

C：线性二次型最优控制、H_∞控制、扰动观测与前馈补偿控制技术、滑模变结构控制以及自适应鲁棒控制技术在机床的直接驱动系统设计中得到了普遍重视。

采用H_∞控制性能取决于加权函数的设计，是基于对象的线性假设，将非线性因素看作系统不确定性进行处理的，同时由于算法的复杂性、控制参数收敛慢，限制了其在实时性要求很高的直线伺服进给系统中的应用。采用扰动观测器的方法可以补偿一定带宽内的扰动，但这需要确定系统准确的数学模型。扰动与模型不确定性观测及其前馈补偿技术、滑模变结构控制技术、应用自适应鲁棒控制，虽然使系统对外部扰动和参数摄动不敏感，能够提高电机动态刚度抑制扰动影响，获得动态性能好、鲁棒性强的控制器设计，但很难实现对直线伺服系统非线性的完全补偿。

本发明采用的无模型自适应控制方法是基于闭环系统实测数据而得到的系统运行控制效果，控制器的设计不包含系统任何数学模型信息，仅利用受控系统的在线和离线I/O数据以及经过数据处理而得到的知识来设计控制器。在非圆切削中，无模型自适应控制器的设计能够达到稳态跟踪精度高、动态响应快、抗干扰能力强、鲁棒性好等性能。

上述已有的基于模型的控制方法虽然在被控对象精确模型已知的情况下具有较好的控制效果，然而，在具有较强未建模动态的直线电机伺服系统中，控制器设计要达到稳态跟踪精度高、动态响应快、抗干扰能力强、鲁棒性好等性能，上述的基于模型的控制方法不适合处理具有较强未建模动态的控制问题。本发明的目的是致力于解决上述基于模型的控制方法的技术缺陷，提出高速精密直线伺服进给系统中安全的不依赖于系统模型的无模型自适应控制方法，该方法对实际中的成功应用至关重要。

发明内容

本发明目的在于上述的基于模型的控制方法不适合处理具有较强未建模动态控制问题的缺陷，提出了一种直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法。

一种直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法，所依托的直线伺服系统主要包括MFAC控制器、直线电机、直线电机驱动器、光栅检测单元以及数字信号处理器；

其中，MFAC控制器是通过cSPACE的Simulink在上位一台PC计算机中通过软件模块搭建实现的，主要包括期望输入信号模块，MFAC控制算法模块，D/A接口模块，电机启停模块，D/A输出模块，编译模块，运行模块，光栅正交编码信号接收模块，光栅编码器接口模块；

其中，直线电机为交流感应直线电机，步进直线电机，音圈直线电机，平板直线电机，管状直线电机，U槽直线电机以及伺服直线电机中的一种；

直线电机上安装有刀架；刀架上放置车刀；

其中，直线电机和刀架可动部分刚性的联结在一起，车刀固定在刀架头部，随刀架可动部分一起运动；

直线电机驱动器主要包括速度环控制单元以及电流环控制单元；

其中，电流环控制单元的主要作用是实现快速的动态响应，保持电流在动态响应过程中不出现过大的超调。速度环控制单元的作用是增强系统抗负载的扰动能力，抑制速度波动，具有速度脉动小、频率响应快、调速范围宽为主的要求；

光栅检测单元是运动控制的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与输入MFAC控制器的期望位置信号相比较，编程实现无模型自适应控制输出，通过数字信号处理器，通过直线电机驱动器控制直线电机高速高精度的跟随期望信号，向着消除偏差的方向运动，直至偏差为零；

数字信号处理器是直线伺服系统的核心，主要包括DSP仿真器，DSP控制器，D/A转换模块，光栅编码器接口；

数字信号处理器通过USB接口接收MFAC控制器下载的控制算法代码，通过所述“直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法”实现直线电机的精密运动；

数字信号处理器通过RS232接口连接的上位PC计算机，可以显示所加工截面图形及实时位置误差值，供调试或监测。

直线电机伺服系统中各模块的连接关系如下：

MFAC控制器通过上位PC计算机的RS232口及USB口与数字信号处理器相连；光栅检测单元与直线电机以及数字信号处理器相连；直线电机驱动器与数字信号处理器以及直线电机相连；数字信号处理器与直线电机驱动器及包含MFAC控制器的上位PC计算机相连；

直线电机伺服系统中各模块的功能如下：

MFAC控制器的功能是给直线电机驱动器提供控制信号，直线电机驱动器通过MFAC控制器发出的控制信号，驱动直线电机实现位置和速度的精确控制。

直线电机的功能是整个控制系统的被控对象；

光栅检测单元的功能是检测直线电机的位置信息；

直线电机驱动器的功能是将经D/A转换的模拟信号转换为电压信号并输出，从而驱动直线电机运行；

数字信号处理器的功能具体如下：

1.通过DSP控制卡与上位PC计算机连接，显示加工界面图形，供调试或监测；

2.通过DSP仿真器与上位一台PC计算机连接，接收上位PC计算机下载的MFAC控制算法DSP代码并运行；

3.通过上位PC计算机的RS232口接收MFAC控制器的电机启停信号，从而通过电机驱动器控制直线电机的启停；

4.通过D/A转换模块将MFAC控制器的输出转化为模拟量，从而通过直线电机驱动器控制直线电机运行，实现精密控制；

5.通过光栅编码器接口接收光栅检测单元反馈的位置信号，该光栅编码器接口经数字信号处理器通讯实现与MFAC控制器中的光栅编码器接口模块相连，从而将光栅检测单元反馈的位置信号传送给MFAC控制器；

所述无模型自适应控制方法，包括以下步骤：

步骤1：连接并设置直线电机驱动器的参数及测试直线电机的运行特性，具体包括如下子步骤：

步骤1.1计算机接口连接数字信号处理器；数字信号处理器连接直线电机驱动器；直线电机驱动器连接直线电机；直线电机连接光栅检测单元；光栅检测单元连接数字信号处理器；

步骤1.2设置直线电机驱动器的参数；

其中，具体通过系统编辑器对直线电机驱动器的参数进行设置；设置的参数是直线电机驱动器的底层参数；设置直线电机驱动器工作在速度模式下；将输入输出接口设置替换为cSPACE的Simulink硬件模块；

步骤1.3测试直线电机的运行特性，具体包括：

让直线电机驱动器工作在速度模式下；使速度控制器、速度反馈和速度估计器对内环进行控制和校正；保证速度内环性能稳定；

将设计的MFAC控制算法在上位PC机上通过cSPACE的Simulink搭建好；运行MFAC控制器中的编译模块；将MFAC算法自动生成DSP代码；通过上位PC机的USB接口将代码下载到数字信号处理器中运行，经过直线电机驱动器；生成电压输出信号；驱动直线电机运行；保证系统稳定运行；

步骤2：编程实现MFAC控制方法，具体包括如下子步骤：

步骤2.1计算控制器输出u(k)，具体为：

将期望信号y^*(k+1)输入MFAC控制器；依据公式(1)的控制算法；得到MFAC控制器的输出信号u(k)；

其中，λ＞0为权重系数，用来限制控制输入量的变化；ρ∈(0,1]是额外加入的步长因子，目的是使该算法具有更强的灵活性和一般性；是φ(k)在k时刻的估计值；y^*(k+1)为期望的输出信号；u(k)，y(k)分别表示系统在k时刻的输入和输出；

其中，MFAC控制器u(k)部分基于cSPACE的Simulink搭建：

步骤2.1.1：u(k)经过延时模块得到u(k-1)；

步骤2.1.2：通过cSPACE中Sine Wave模块给定正弦位置信号即，y^*(k+1)；

步骤2.1.3：直线电机的输出y(k+1)经光栅检测单元可得到，再经延时模块得到y(k)；

步骤2.1.4：由cSPACE中的WM-Write2和WM-Write3可直接在线调节MFAC控制律算法中的λ和ρ值；

步骤2.1.5：将估计器的输出接入到Subsystem的In端，输出Out得到

步骤2.1.6：y(k)以负反馈的形式与期望信号y^*(k+1)连接，由此得到y^*(k+1)-y(k)；

步骤2.1.7：将步骤2.1.5和步骤2.1.6的输出介入Product模块中，从而得到

步骤2.1.8：再将步骤2.1.7的输出和u(k-1)接入到Add模块中，其中Add模块中的List of signs设置为(++│)；

通过步骤2.1.1至2.1.8可得到MFAC控制器的输出信号u(k)；

步骤2.2计算估计器输出

依据公式(2)的估计器表达式，计算系统在k时刻的伪偏导数

其中，μ＞0，η∈(0,1]；表示的前一时刻伪偏导数；

Δy(k)＝y(k)-y(k-1)；Δu(k-1)＝u(k-1)-u(k-2)；

将公式(2)的伪偏导数带入公式(1)，由此得到控制器输出u(k)；

其中，估计器是基于cSPACE的Simulink搭建；

步骤2.2.1：经延时模块得到

步骤2.2.2：u(k)经Subsystem模块得到Δu(k-1)；

步骤2.2.3：将步骤2.2.1和步骤2.2.2接入Product模块得到两者的乘积

步骤2.2.4：y(k)经延时模块得到y(k-1)；

步骤2.2.5：将Add模块中的List of signs设置为(+――),其中在“+”接入y(k)，其他两个“－”分别接入y(k-1)和

步骤2.2.6：Δu(k-1)接入Subsystem的In端，输出Out得到

步骤2.2.7：将步骤2.2.5和步骤2.2.6接入Product模块得到两者的乘积；

步骤2.2.8：将Add模块中的List of signs设置为(++)，分别接入步骤2.2.6的结果和最终得到式(2)所示的表达式；

步骤2.2.9：的初值由cSPACE中WM-Write4设置；

通过步骤2.2.1至步骤2.2.9可得到估计器

步骤3控制器输出u(k)下载到数字信号处理器中，再经D/A转换将数字信号转化为模拟信号；

步骤4步骤3输出的模拟信号再经过直线电机驱动器生成电压输出信号，驱动直线电机运行；

步骤5通过接口模块在线修改无模型自适应控制算法的参数、修改期望正弦位置信号的幅值；

步骤6根据音圈直线电机输入输出位置参量进行伪偏导数在线估计；

步骤7伪偏导数在线调节无模型自适应控制器的输出u(k)；

步骤8以图形方式实时显示控制结果，观测直线伺服系统运行效果；

至此，经过步骤1到步骤8，完成了一种直线电机伺服系统柜的无模型自适应控制方法。

有益效果

一种直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法，与现有直线电机伺服系统基于模型的控制方法相比，具有如下有益效果：

1.稳态跟踪精度高；

2.动态响应快；

3.鲁棒性好；

4.抗干扰能力强；

5.不依赖于非圆切削刀具进给直线伺服系统模型，且参数调节方便。

附图说明

图1是一种直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法及实施例1中系统组成及连接的示意图；

图2是一种直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法及实施例2中直线伺服系统无模型自适应控制算法的结构图；

图3是一种直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法及实施例3中的直线电机空载时实验结果图；

图4是一种直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法及实施例3中的直线电机加载时实验结果图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明所述的一种直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法进行详细阐述。

实施例1

图1是将无模型自适应控制方法应用在刀具进给直线电机伺服系统中的组成及连接图，系统由上位PC计算机、MFAC控制器、数字信号处理器、直线电机驱动器、直线电机、光栅检测单元；

具体连接方式如下：

步骤I：在上位PC计算机中，利用cSPACE中的Simulink软件搭建MFAC控制方案；

步骤II：通过上位PC计算机的USB口，将算法控制信号u(k)代码下载到数字信号处理器的DSP控制卡中；

步骤III：直线电机伺服驱动器通过上位PC计算机的RS232接口实现与数字信号处理器的通讯和发送电机的启停信号；

步骤IV：DSP控制卡将下载得到的控制信号u(k)经D/A转换，从而控制直线电机驱动器；

步骤V：直线电机驱动器直接与直线电机连接，通过控制信号直接驱使直线电机运动；

步骤VI：直线电机经光栅检测单元以反馈的形式与数字信号处理器的光栅编码器接口连接，实现位置信号的反馈；

步骤VII：数字信号处理经通讯口将光栅检测单元反馈的位置信息传递给上位PC计算机；

步骤VIII：上位PC计算机将接受到的位置信息输入到MFAC控制器中，相应的调节MFAC算法中的和u(k)；

至此，从步骤I到VIII，完成了本实施例将无模型自适应控制方法应用在刀具进给直线电机伺服系统中的组成及连接图。

实施例2

本实施例详细阐述了本发明无模型自适应控制方案在直线电机伺服系统中具体实施时的控制结构，如图2所示。

具体实施过程如下：

步骤1)：

直线电机伺服系统满足以下三个条件：

条件4.1输入电压和输出位置是可观测的和可控制的，即对给定幅值(允许范围内)的期望正弦位置输出信号，一定存在一个电压输入信号(电机允许范围内)，使直线电机在此电压信号的驱动下，位置输出跟随系统期望的正弦输出。

条件4.2直线伺服系统未知的非线性函数关于当前的电压控制输入u(k)的偏导数是连续的。即输入控制电压在电机允许范围内，电压的增量会导致相应的位置输出增量的变化。

条件4.3有界的输入电压变化产生有界的输出位置变化，即输入电压在电机允许范围内的变化会产生输出位置在电机允许范围的变化，这是对直线伺服系统输出位置变化量的限制。

步骤2)：在上位PC计算机中用cSPACE的Simulink搭建无模型自适应控制算法，如图2中的MFAC控制器模块所示，其结果表达式如式(2)；

步骤3)：在cSPACE的Simulink中设置期望输入信号y^*(k+1)，具体通过该软件中的Sine Wave模块实现，其中Sample time设置为0.01，Amplitude设置为1，Frequency可选择0.2至2.5；

步骤4)：MFAC控制器的输出u(k)经延时模块Z^-1得到u(k-1)，再经延时模块Z^-1得到u(k-2)，直线电机的实际位置输出y(k+1)经延时模块Z^-1得到y(k)，再经延时模块Z^-1得到y(k-1)；

步骤5)：将步骤4所有的变量在cSPACE的Simulink中输入到估计器中，对应的搭建方式如图2估计器模块所示，从而得到估计器的输出其表达式如式(2)所示；

步骤6)：直线电机的实际输出信号y(k+1)经延时模块Z^-1得到y(k)，以负反馈的方式连接到输入端；

步骤7)：将步骤3)中的期望信号y^*(k+1)、直线电机的实际位置信号y(k)和步骤5)得到的伪偏导数估计值输入到MFAC控制器中，由此得到控制算法的输出u(k)；

步骤8)：将步骤7)所得的控制输出量u(k)按照实施例1所述方法传送给直线电机驱动器控制信号，从而控制直线电机的运行。

至此，从步骤1)到步骤8)，完成了无模型自适应控制方案在直线电机伺服系统中具体实施时的控制结构。

实施例3

本实施例详细阐述了本发明无模型自适应控制方案在直线电机伺服系统中具体实施时的实验结果。

如图3所示，本实施例是PID、神经网络及本发明MFAC方案特性比较，三种控制方案均设置了相同的正弦输入信号频率由0.2Hz增加到1Hz，幅值选择为90mm，采样周期均选择为0.005s。

本实验将PID参数调到最好(1，42，0)时的位置误差特性如图3中(a)所示，最大误差在4mm左右，且误差始终处于不断变化的状态，且误差较大，控制效果不够好。图3中的(b)采用了神经网络控制方法，本次实验设置训练次数为20000次，从图中可以看出系统的位置误差最大约为0.6mm左右，且随着训练的次数不断增加，系统的误差在不断减小，位置控制精度优于PID控制方法，但是每次训练耗时约为1至2小时，如需进一步提高控制精度，还需要进一步增加训练次数。但本发明MFAC控制方法全程具有最好的控制效果，在系统刚启动时，误差最大达到了0.5mm左右，但在之后的运行过程中，系统的位置误差一直保持在0.4mm之内。

此时MFAC中的λ设置为1.5，ρ取0.7，伪偏导数的估计初值设置为5.8，伪偏导数中的步长序列η设置为1.5，惩罚因子μ设置为1。

由于直线电机的速度或加速度变化时，驱动电机的电流将发生变化，因此这种变化的时变干扰对直线电机动态性能产生了很大的影响，通过图3中的(d)图可以发现，MFAC控制方法的伪偏导数是一个时变的参数，由于它的不断变化，自适应调节了位置变化量和电压变化量之间的关系，从而达到精确控制的目的。

图4中的(a)和(b)分别是加负载后的神经网络控制方法和本发明MFAC方案控制方法的位置误差特性图，从图4可以看出，在图3参数设置不变的情况下，直线伺服系统加入2kg负载，当采用PID算法时，无论如何调节参数，系统都无法控制，直线电机出现非常大的震荡，往复运动达到行程的终点后，电机停止不能再运行。采用神经网络控制方法，电机能够正常运行，训练20000步后最好的控制效果如图4中(a)所示，误差比未加负载时明显加大，在1.5mm之内。这是因为神经网络控制中网络节点和隐层个数的确定都需要受控系统的信息，由于干扰导致系统信息变化后，控制精度降低。而改用MFAC算法，在不改变参数λ的情况下，其在启动时的最大误差大约为0.8mm左右，相比未加负载时有所增加，但是系统的位置误差最终落在0.4mm左右，全程控制效果明显优于神经网络和PID。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法，其特征在于：所依托的直线伺服系统主要包括MFAC控制器、直线电机、直线电机驱动器、光栅检测单元以及数字信号处理器；

其中，MFAC控制器包括期望输入信号模块、MFAC控制算法模块、D/A接口模块、电机启停模块、D/A输出模块、编译模块、运行模块、光栅正交编码信号接收模块以及光栅编码器接口模块；

直线电机驱动器包括速度环控制单元以及电流环控制单元；

其中，电流环控制单元的主要作用是实现快速的动态响应，保持电流在动态响应过程中不出现过大的超调；速度环控制单元的作用是增强系统抗负载的扰动能力，抑制速度波动，具有速度脉动小、频率响应快、调速范围宽为主的要求；

光栅检测单元是运动控制的重要组成部分，其作用就是检测位移量，并发出反馈信号与输入MFAC控制器的期望位置信号相比较，编程实现无模型自适应控制输出，通过数字信号处理器，通过直线电机驱动器控制直线电机高速高精度的跟随期望信号，向着消除偏差的方向运动，直至偏差为零；

数字信号处理器是直线伺服系统的核心，主要包括DSP仿真器，DSP控制器，D/A转换模块，光栅编码器接口；

数字信号处理器通过USB接口接收MFAC控制器下载的控制算法代码，通过所述“直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法”实现直线电机的精密运动；

数字信号处理器通过RS232接口连接的上位PC计算机，可以显示所加工截面图形及实时位置误差值，供调试或监测；

直线电机伺服系统中各模块的连接关系如下：

MFAC控制器通过上位PC计算机的RS232口及USB口与数字信号处理器相连；光栅检测单元与直线电机以及数字信号处理器相连；直线电机驱动器与数字信号处理器以及直线电机相连；数字信号处理器与直线电机驱动器及包含MFAC控制器的上位PC计算机相连；

直线电机伺服系统中各模块的功能如下：

MFAC控制器的功能是给直线电机驱动器提供控制信号，直线电机驱动器通过MFAC控制器发出的控制信号，驱动直线电机实现位置和速度的精确控制；

直线电机的功能是整个控制系统的被控对象；

光栅检测单元的功能是检测直线电机的位置信息；

直线电机驱动器的功能是将经D/A转换的模拟信号转换为电压信号并输出，从而驱动直线电机运行；

数字信号处理器的功能具体如下：

1)通过DSP控制卡与上位PC计算机连接，显示加工界面图形，供调试或监测；

2)通过DSP仿真器与上位一台PC计算机连接，接收上位PC计算机下载的MFAC控制算法DSP代码并运行；

3)通过上位PC计算机的RS232口接收MFAC控制器的电机启停信号，从而通过电机驱动器控制直线电机的启停；

4)通过D/A转换模块将MFAC控制器的输出转化为模拟量，从而通过直线电机驱动器控制直线电机运行，实现精密控制；

5)通过光栅编码器接口接收光栅检测单元反馈的位置信号，该光栅编码器接口经数字信号处理器通讯实现与MFAC控制器中的光栅编码器接口模块相连，从而将光栅检测单元反馈的位置信号传送给MFAC控制器；

所述无模型自适应控制方法，包括以下步骤：

步骤1：连接并设置直线电机驱动器的参数及测试直线电机的运行特性，具体包括如下子步骤：

步骤1.1计算机接口连接数字信号处理器；数字信号处理器连接直线电机驱动器；直线电机驱动器连接直线电机；直线电机连接光栅检测单元；光栅检测单元连接数字信号处理器；

步骤1.2设置直线电机驱动器的参数；

其中，具体通过系统编辑器对直线电机驱动器的参数进行设置；设置的参数是直线电机驱动器的底层参数；设置直线电机驱动器工作在速度模式下；将输入输出接口设置替换为cSPACE的Simulink硬件模块；

步骤1.3测试直线电机的运行特性，具体包括：

让直线电机驱动器工作在速度模式下；使速度控制器、速度反馈和速度估计器对内环进行控制和校正；保证速度内环性能稳定；

将设计的MFAC控制算法在上位PC机上通过cSPACE的Simulink搭建好；运行MFAC控制器中的编译模块；将MFAC算法自动生成DSP代码；通过上位PC机的USB接口将代码下载到数字信号处理器中运行，经过直线电机驱动器；生成电压输出信号；驱动直线电机运行；保证系统稳定运行；

步骤2：编程实现MFAC控制方法，具体包括如下子步骤：

步骤2.1计算控制器输出u(k)，具体为：

将期望信号y^*(k+1)输入MFAC控制器；依据公式(1)的控制算法；得到MFAC控制器的输出信号u(k)；

其中，λ＞0为权重系数，用来限制控制输入量的变化；ρ∈(0,1]是额外加入的步长因子，目的是使该算法具有更强的灵活性和一般性；是φ(k)在k时刻的估计值；y^*(k+1)为期望的输出信号；u(k)，y(k)分别表示系统在k时刻的输入和输出；

其中，MFAC控制器u(k)部分基于cSPACE的Simulink搭建：

步骤2.1.1：u(k)经过延时模块得到u(k-1)；

步骤2.1.2：通过cSPACE中Sine Wave模块给定正弦位置信号即，y^*(k+1)；

步骤2.1.3：直线电机的输出y(k+1)经光栅检测单元可得到，再经延时模块得到y(k)；

步骤2.1.4：由cSPACE中的WM-Write2和WM-Write3可直接在线调节MFAC控制律算法中的λ和ρ值；

步骤2.1.5：将估计器的输出接入到Subsystem的In端，输出Out得到

步骤2.1.6：y(k)以负反馈的形式与期望信号y^*(k+1)连接，由此得到y^*(k+1)-y(k)；

步骤2.1.7：将步骤2.1.5和步骤2.1.6的输出介入Product模块中，从而得到

步骤2.1.8：再将步骤2.1.7的输出和u(k-1)接入到Add模块中，其中Add模块中的Listof signs设置为(++│)；

通过步骤2.1.1至2.1.8可得到MFAC控制器的输出信号u(k)；

步骤2.2计算估计器输出

依据公式(2)的估计器表达式，计算系统在k时刻的伪偏导数

其中，μ＞0，η∈(0,1]；表示的前一时刻伪偏导数；

Δy(k)＝y(k)-y(k-1)；Δu(k-1)＝u(k-1)-u(k-2)；

将公式(2)的伪偏导数带入公式(1)，由此得到控制器输出u(k)；

其中，估计器是基于cSPACE的Simulink搭建；

步骤2.2.1：经延时模块得到

步骤2.2.2：u(k)经Subsystem模块得到Δu(k-1)；

步骤2.2.3：将步骤2.2.1和步骤2.2.2接入Product模块得到两者的乘积

步骤2.2.4：y(k)经延时模块得到y(k-1)；

步骤2.2.5：将Add模块中的List of signs设置为(+――),其中在“+”接入y(k)，其他两个“－”分别接入y(k-1)和

步骤2.2.6：Δu(k-1)接入Subsystem的In端，输出Out得到

步骤2.2.7：将步骤2.2.5和步骤2.2.6接入Product模块得到两者的乘积；

步骤2.2.8：将Add模块中的List of signs设置为(++)，分别接入步骤2.2.6的结果和最终得到式(2)所示的表达式；

步骤2.2.9：的初值由cSPACE中WM-Write4设置；

通过步骤2.2.1至步骤2.2.9可得到估计器

步骤3控制器输出u(k)下载到数字信号处理器中，再经D/A转换将数字信号转化为模拟信号；

步骤4步骤3输出的模拟信号再经过直线电机驱动器生成电压输出信号，驱动直线电机运行；

步骤5通过接口模块在线修改无模型自适应控制算法的参数、修改期望正弦位置信号的幅值；

步骤6根据音圈直线电机输入输出位置参量进行伪偏导数在线估计；

步骤7伪偏导数在线调节无模型自适应控制器的输出u(k)；

步骤8以图形方式实时显示控制结果，观测直线伺服系统运行效果。

2.根据权利要求1所述的一种直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法，其特征在于：MFAC控制器是通过cSPACE的Simulink在上位一台PC计算机中通过软件模块搭建实现的。

3.根据权利要求1所述的一种直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法，其特征在于：直线电机为交流感应直线电机、步进直线电机、音圈直线电机、平板直线电机、管状直线电机、U槽直线电机以及伺服直线电机中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种直线电机伺服系统的无模型自适应控制方法，其特征在于：直线电机上安装有刀架；刀架上放置车刀；直线电机和刀架可动部分刚性的联结在一起，车刀固定在刀架头部，随刀架可动部分一起运动。