CN110112970B - 一种永磁游标直线电机速度控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁游标直线电机速度控制方法及系统，包括：利用速度跟踪误差调节滑模速度控制器的控制增益，获取q轴预设电流；根据电机的速度观测值与电机的实际速度间的差值、当前q轴预设电流获取扰动观测值，并利用其更新q轴预设电流；q轴预设电流与q轴实际电流间的差值通过电流VPI控制器的传递函数获取q轴电压指令；将电压指令转换为控制逆变器内IGBT的开关信号；其中，获取q轴预设电流的计算采用滑模速度控制器，获取扰动观测值采用扩张状态观测值；获取q轴电压指令采用电流VPI控制器；本发明方法提高了直线电机速度控制系统的鲁棒性、精确度和动态响应。
Description
技术领域
本发明属于电机伺服及控制领域，更具体地，涉及一种永磁游标直线电机速度控制方法及系统。
背景技术
随着超高速切削、超精密加工、多轴联动等一系列先进加工制造技术的快速发展，机械加工对机床的性能要求越来越高。传统机床在传动方式上采用的旋转电机-滚珠丝杠的传动形式，此传动方式由于受到长度限制、机械磨擦、设备磨损等方面的影响，在运动控制的动态特性和稳态特性方面并不理想。相比之下，直线电机具有高速的动态响应性能、高定位精度、行程长度不受限制、运行时噪声低等特点，取消了电动机与工作台的机械结构，从而可以实现直接驱动的高速响应，减小了机械摩擦，在运动控制的响应速度和稳态精度等方面性能都优于传统的旋转电机-滚珠丝杠传动，提高了机床的精度。高性能机床采用直线电机驱动已经成为趋势。
为了确保控制精度要求和性能要求，直线电机的控制系统中普遍采用双环控制系统，包括电流内环和速度外环，可以实现励磁和推力的解耦进行矢量控制，既可以抑制电流的波动又可以实现速度的快速跟踪。
永磁游标直线电机具有高推力密度的特点，但是由于存在齿槽效应、端部效应、系统参数(动子质量、粘滞摩擦系数、d轴电感、q轴电感)变化等非线性因素，因此，直线电机系统是一个多变、时变的非线性系统，传统的PID(比例-积分-微分)控制器原理简单，应用方便，其算法包含过去、现在和将来的信息，鲁棒性强，被广泛地应用于电机的速度以及电流控制，但是比例参数和积分参数的设置比较依赖于工程师的个人经验，电机运行过程中，系统参数发生变化时，需要对PID参数做出相应调整以及动态响应慢等缺陷，在要求较高的控制场合，传统的PID控制器很难达到精准的控制要求。
不同于旋转电机，直线电机由于其两端开断的结构引发边端效应，边端效应以及齿槽效应是引起直线电机推力波动的主要来源。直线电机的推力波动很难通过电机的本体设计完全消除，因此需要引入高性能的控制方法，消除推力波动对电机控制的影响，提高控制系统的精度。
永磁游标直线具有时变的非线性特性，三相电感不对称、反电势不对称将引起电流控制的谐波问题，此外，为了抵消推力波动对电机控制的影响，需要在电机的相电流中注入特定频率的谐波成分。传统的电流控制器能够保证对低频电流的控制性能，但是无法保证较高次谐波电流的控制精度，需要针对这一问题提出解决方案。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种永磁游标直线电机速度控制方法及系统，旨在解决传统的PID控制器对具有多变量、时变的非线性特性的直线电机系统的控制精度低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种永磁游标直线电机速度控制方法，包括：
S1：将电机的输出电流转换为q轴实际电流和d轴实际电流，并获取电机的实际速度；
S2：利用速度跟踪误差调节滑模速度控制器的控制增益，获取q轴预设电流；
速度跟踪误差为电机预设速度与电机的实际速度的差值；
S3：根据电机的速度观测值与电机的实际速度间的差值、步骤(2)得到的q轴预设电流，获取扰动观测值，并利用扰动观测值更新q轴预设电流；
S4：q轴预设电流与q轴实际电流间的差值通过电流VPI控制器的传递函数获取q轴电压指令；
且d轴预设电流与d轴实际电流间的差值通过电流VPI控制器的传递函数获取d轴电压指令；
S5：将q轴电压指令和d轴电压指令转换为逆变器内IGBT的开关信号。
优选地，步骤S2具体为：
S2.1根据电机的实际速度与电机的预设速度的差值，获取状态变量；
S2.2根据滑模面函数、状态变量选取趋近律函数；
S2.3根据状态变量及趋近律函数，获取q轴预设电流。
优选地，状态变量为：
其中，x1为速度跟踪误差；x2为速度跟踪误差对时间的导数；v*为电机的预设速度；v为电机的实际速度；
优选地，滑模面函数为：
S＝cx1+x2
其中，c为设定系数；
优选地，趋近律函数为：
其中，ε、k为滑模速度控制器的参数；趋近律函数的绝对值为滑模速度控制器的控制增益；
优选地，q轴预设电流为：
其中，τp为极距；M为电机质量，ψPM为永磁磁链；
更新后的q轴预设电流为：
其中，
为扰动观测值；
优选地，电流VPI控制器的传递函数为：
其中，Kp、Ki、Kpr1、Kir1、ωc1、ω01、Kpr2、Kir2、ωc2、ω02、Kpr3、Kir3、ωc3、ω03……为电流VPI控制器的参数。
本发明提供了一种永磁游标直线电机速度控制系统，包括：主电路功率模块和控制模块；
工作状态下，主电路功率模块的输入端连接控制模块的输出端，其输出端连接永磁游标直线电机；控制模块的输入端连接永磁游标直线电机的输出端；
主电路功率模块用于根据控制模块传递的开关信号控制IGBT的开通关断，从而控制永磁游标直线电机的输出电流；
控制模块用于根据接收永磁游标直线电机的输出电流、电机的实际速度以及电机的预设速度，输出q轴预设电流以及电压指令。
优选地，控制模块包括：电流检测单元、位置检测单元、主控制单元和驱动单元；
电流检测单元的输入端连接主电路功率模块的输出端，用于检测永磁游标直线电机的输出电流；
工作状态下，位置检测单元的输入端连接永磁游标直线电机的输出端，用于检测电机位置，并根据速度＝(当前位置-前一时刻位置)/与前一时刻间隔时间，实时计算实际速度；
主控制单元的输入端连接位置检测单元和电流检测单元的输出端；用于根据电机的实际速度、电机的实际电流、电机的预设速度，计算电机的q轴预设电流，并向驱动单元输出电压指令；
驱动单元的输入端连接主控制单元的输出端，用于将电压指令转换为驱动信号，驱动主电路功率模块中IGBT的开断。
优选地，主控制单元包括：Clark变换器、Park变换器、SVPWM调制器、Park逆变换器、d轴电流VPI(vector proportional and integral)控制器、q轴电流VPI控制器、扩张状态观测器和滑模速度控制器；
Clark变换器的输入端与电流检测单元的输出端连接，用于将电机的三相静止坐标系下的输出电流转换到两相静止坐标系下；
Park变换器的输入端与Clark变换器的输出端连接，用于将电机的两相静止坐标系下的输出电流转化到两相旋转坐标系下，输出电机的q轴实际电流和d轴实际电流；
滑模速度控制器的输入端连接位置检测单元的输出端，用于根据速度跟踪误差调节其控制增益，输出q轴预设电流；
扩张状态观测器的输入端连接滑模速度控制器的输出端，用于根据电机的实际速度和预设速度的误差以及q轴预设电流输出扰动观测值；
d轴电流VPI控制器的输入端连接Park变换器的输出端，用于对接收的d轴实际电流与d轴预设电流做差，计算d轴电压指令；
q轴电流VPI控制器的输入端连接Park变换器和滑模速度控制器的输出端，用于对q轴实际电流与q轴预设电流做差，计算q轴电压指令；
Park逆变换器的输入端连接d轴电流VPI控制器和q轴电流VPI控制器的输出端，用于将d轴电压指令和q轴电压指令转换到两相静止坐标系下；
SVPWM调制器的输入端与Park逆变换器的输出端连接，用于将两相静止坐标系下的电压指令转换为三相逆变器6个IGBT的开关信号。
优选地，速度跟踪误差为电机的实际速度与电机的预设速度的差值，滑模速度控制器的控制增益随着速度跟踪误差的增大而增大；
优选地，滑模速度控制器的参数由Lyapunov稳定性要求选定；
优选地，q轴预设电流为：
优选地，根据扰动观测值更新后的q轴预设电流为：
优选地，d轴电流VPI控制器和q轴电流VPI控制器的传递函数为：
其中，Kp、Ki、Kpr1、Kir1、ωc1、ω01、Kpr2、Kir2、ωc2、ω02、Kpr3、Kir3、ωc3、ω03……为电流VPI控制器的参数；
优选地，d轴电流VPI控制器和q轴电流VPI控制器的幅值响应大于35dB，相位裕度为45°，具有在不同谐振带宽的谐振频率ωc下保持恒定增益的特性。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
1、本发明采用滑模速度控制器实时采集电机的实际速度，结合电机的预设速度获取速度跟踪误差值，再采用速度跟踪误差值定义趋近律，趋近律函数的绝对值为滑模速度控制器的控制增益，从趋近律函数
可知，当速度跟踪误差值x1较大时，滑模速度控制器的控制增益较大，实现在电机实际速度偏离电机的预设速度时提高控制增益，是得实际速度更快跟踪预设速度，提高了滑模速度控制器的动态响应速度；在电机的实际速度接近电机预设速度时降低控制增益，减少滑模速度控制器产生的抖动，相比于容易受电机参数变化影响的速度环PID控制器，本发明提供的通过滑模速度控制器输出q轴预设电流，提高了电机的稳态速度的控制精度。
2、本发明通过滑模速度控制器获取q轴预设电流，但是该q轴预设电流并未考虑永磁游标直线电机受到的外部干扰以及自身的推力波动，因此，本发明采用扩张状态观测器对q轴预设电流进行实时的观测与补偿，抵消扰动时对电机速度控制的影响，提高了系统控制精度和抗干扰性。
3、本发明中由于扩张状态观测器会在q轴电流注入特定频率，且电机不对称电感将引起反电势谐波，因此，引入电流环采用电流VPI控制器，提高电流控制器对谐波电流的控制能力。
附图说明
图1是本发明提供的永磁游标直线电机驱动系统的结构框图；
图2是本发明提供的主控制器的结构框图；
图3是本发明提供的基于滑模趋近律的滑模速度控制器的结构示意图；
图4是本发明提供的扩张状态观测器的结构示意图；
图5是本发明提供的电流VPI控制器的结构示意图；
图6是本发明提供的电流VPI控制器与电流PI控制器的Bode对比图；
附图标记：
10-主电路功率模块；20-控制模块；30-永磁游标直线电机；11-直流电源；12-逆变桥；13-直流滤波电容；22-位置检测单元；24-电流检测单元；28-驱动单元；26-主控制单元；53-Clark变换器；54-Park变换器；57-电流VPI控制器；50-Park逆变换器；52-SVPWM调制器；60-滑模速度控制器；61-扩张状态观测器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供了一种永磁游标直线电机速度控制系统，包括：主电路功率模块10和控制模块20；
工作状态下，主电路功率模块10的输入端连接控制模块20的输出端，其输出端连接永磁游标直线电机30；控制模块20的输入端连接永磁游标直线电机30的输出端；
主电路功率模块10用于根据控制模块20传递的电压指令调节开关的开通关断，从而控制永磁游标直线电机30的输出电流；
控制模块20用于根据接收永磁游标直线电机30的输出电流、电机的实际速度、预设d轴电流以及电机的预设速度，输出q轴预设电流以及电压指令。
优选地，如图1所示，控制模块20包括：电流检测单元24、位置检测单元22、主控制单元26和驱动单元28；
电流检测单元24的输入端连接主电路功率模块10的输出端，用于检测永磁游标直线电机30的输出电流；
工作状态下，位置检测单元22的输入端连接永磁游标直线电机30的输出端，用于检测电机的实际速度；
主控制单元26的输入端连接位置检测单元22和电流检测单元24的输出端；用于根据电机的实际速度、电机的实际电流、电机的预设速度，计算电机的q轴预设电流，并向驱动单元输出电压指令；
驱动单元28的输入端连接主控制单元26的输出端，用于将电压指令转换为驱动信号，驱动主电路功率模块10中IGBT的开断。
优选地，位置检测单元22包括直线光栅；电流检测单元包括电流传感器；
优选地，主电路功率模块10包括直流电源11、逆变桥12和直流滤波电容13；
如图2所示，主控制单元包括：Clark变换器53、Park变换器55、SVPWM调制器52、Park逆变换器50、d轴电流VPI控制器57、q轴电流VPI控制器57、扩张状态观测器61和滑模速度控制器60；
Clark变换器53的输入端与电流检测单元24的输出端连接，用于将电机的三相静止坐标系下的输出电流转换到两相静止坐标系下；
Park变换器55的输入端与Clark变换器53的输出端连接，用于将电机的两相静止坐标系下的输出电流转化到两相旋转坐标系下，输出电机的q轴实际电流和d轴实际电流；
滑模速度控制器60的输入端连接位置检测单元22的输出端，用于根据速度跟踪误差调节其控制增益，输出q轴预设电流；
扩张状态观测器61的输入端连接滑模速度控制器60的输出端，用于根据电机的实际速度和预设速度的误差以及q轴预设电流输出扰动观测值；
d轴电流VPI控制器的输入端连接Park变换器55的输出端，用于对接收的d轴实际电流与d轴预设电流做差，计算d轴电压指令；
q轴电流VPI控制器的输入端连接Park变换器55和滑模速度控制器60的输出端，用于对q轴实际电流与q轴预设电流做差，计算q轴电压指令；
Park逆变换器50的输入端连接第一电流VPI控制器和第二电流VPI控制器的输出端，用于将d轴电压指令和q轴电压指令转换到两相静止坐标系下；
SVPWM调制器52的输入端与Park逆变换器50的输出端连接，用于将两相静止坐标系下的电压指令转换为三相逆变器内6个IGBT的开关信号。
具体的，如图2所示，主控制单元包含转速环和电流环，转速环为外环，电流环为内环，实现变频调速等功能，电机的预设速度通过滑模速度控制器计算q轴预设电流
并设置d轴预设电流
两者分别与电机的实际电流iq和id做差，通过电流VPI控制器57计算获取电压指令；电压指令通过SVPWM调制器52对永磁游标直线电机30进行控制。
优选地，速度跟踪误差为电机的实际速度与电机的预设速度的差值，滑模速度控制器的控制增益随着速度跟踪误差的增大而增大；
优选地，滑模速度控制器60的参数由Lyapunov稳定性要求选定；
优选地，第一电流VPI控制器和第二电流VPI控制器的传递函数为：
其中，Kp、Ki、Kpr1、Kir1、ωc1、ω01、Kpr2、Kir2、ωc2、ω02、Kpr3、Kir3、ωc3、ω03……为电流VPI控制器的参数；
优选地，d轴电流VPI控制器和q轴电流VPI控制器的幅值响应大于35dB，相位裕度为45°，具有在不同谐振带宽的谐振频率ωc下保持恒定增益的特性。
另一方面，本发明提供了一种永磁游标直线电机速度控制方法，包括：
S1：将电机的输出电流转换为q轴实际电流和d轴实际电流，并获取电机的实际速度；
S2：利用速度跟踪误差调节滑模速度控制器的控制增益，获取q轴预设电流；
速度跟踪误差为电机预设速度与电机的实际速度的差值；
S3：根据电机的速度观测值与电机的实际速度间的差值、步骤(2)得到的q轴预设电流，获取扰动观测值，并利用扰动观测值更新q轴预设电流；
S4：q轴预设电流与q轴实际电流间的差值通过电流VPI控制器的传递函数获取q轴电压指令；
且d轴预设电流与d轴实际电流间的差值通过电流VPI控制器的传递函数获取d轴电压指令；
S5：将q轴电压指令和d轴电压指令转换为逆变器内IGBT的开关信号，控制电机的输出电流。
优选地，如图3所示，步骤S2具体为：
S2.1根据电机的实际速度与电机的预设速度的差值，获取状态变量；
具体地，状态变量为：
其中，x1为速度跟踪误差；x2为速度跟踪误差对时间的导数；v*为电机的预设速度；v为电机的实际速度；
S2.2根据滑模面函数、状态变量选取趋近律函数；
具体地，选取滑模面函数：
S＝cx1+x2
其中，c为设定系数；
选取趋近律函数：
其中，ε、k为滑模速度控制器的参数；趋近律函数的绝对值为滑模速度控制器的控制增益；
S2.3根据状态变量及趋近律函数，获取q轴预设电流；
具体地，电机的数学模型为：
其中，FL为负载及推力波动；ψPM为永磁磁链；τp为极距；M为电机质量；
对于q轴预设电流中包含的ε、k，本发明采用Lyapunov函数的稳定性要求选定，具体如下：
选取Lyapunov函数：
根据Lyapunov函数的稳定性要求：
即
滑模速度控制器的参数设计依据为：
本发明采用滑模速度控制器实时采集电机的实际速度，结合电机的预设速度获取速度跟踪误差值，再采用速度跟踪误差值定义趋近律，趋近律函数的绝对值为滑模速度控制器的控制增益，从趋近律函数
可知，当速度跟踪误差值x1较大时，滑模速度控制器的控制增益较大，实现在电机实际速度偏离电机的预设速度时提高控制增益，是得实际速度更快跟踪预设速度，提高了滑模速度控制器的动态响应速度；在电机的实际速度接近电机预设速度时降低控制增益，减少滑模速度控制器产生的抖动，相比于容易受电机参数变化影响的速度环PID控制器，本发明提供的通过滑模速度控制器输出q轴预设电流，提高了电机的稳态速度的控制精度；
上述步骤S2获取的q轴预设电流为考虑永磁游标直线电机受到的外部干扰以及自身的推力波动，因此，本发明采用扩张观测器对q轴预设电流进行实时的观测与补偿；
如图4所示，步骤S3通过扩张状态观测器获取扰动观测值，扩张状态观测器的参数设定具体如下：
扩张状态观测器61的数学模型为：
其中，
为扩张状态观测器测量的速度观测值；
为扰动观测值；α1、α2和ε1为扩张状态观测器的参数；
采用矩阵形式表示为：
其中，
为保证扩张状态观测器61补偿系统闭环稳定性，通过参数选取使得A为Hurwitz矩阵，且对任意正定矩阵Q，存在正定矩阵P，使得ATP+PA+Q＝0；
选取Lyapunov函数：
V＝ε1ηTPη
根据
确定扩张状态观测器的稳定性，即：
其中，λmin(Q)为Q的最小特征值，扩张状态观测器的参数要求为：
上述步骤S3中利用扰动观测值更新后的q轴预设电流；
本发明采用扩张状态观测器对q轴预设电流进行实时的观测与补偿，抵消扰动对电机速度控制的影响，提高了系统对电机速度控制的动态响应速度以及稳态跟踪性能。
如图5所示，步骤S4中采用的电流VPI控制器的传递函数为：
其中，Kp、Ki、Kpr1、Kir1、ωc1、ω01、Kpr2、Kir2、ωc2、ω02、Kpr3、Kir3、ωc3、ω03……为电流VPI控制器的参数；
如图6所示，针对扩张状态观测器61补偿的特定频率谐波电流，在ω01、ω02、ω03……频率处设置谐振点，提高电流VPI控制器57在ω01、ω02、ω03……的幅值响应。相比于PI控制器，电流VPI控制提高了电流VPI控制器的相位裕度。根据开环传递函数的幅值响应应足够大，即大于35dB、相位裕度约为45°、在具有不同谐振带宽的谐振频率ωc下保持恒定增益，将电流VPI控制器的极点配置在复频域左半平面，选定电流VPI控制器57的参数，保持电流VPI控制器的闭环稳定性。
所述谐振频率ωc为电机推力波动谐波频率与永磁游标直线电机反电动势谐波频率，即电流环对于扰动观测器补偿频率与电机本体设计导致的反电势谐波频率，包括ω01、ω02、ω03……。为了实现稳态速度的高精度控制，直线电机相电流并非三相对称电流，需要针对特定频率谐波电流的注入控制改进电流控制器。电机推力波动以及反电势谐波可以通过实验获取，经过FFT分析，得ω01、ω02、ω03……，用于电流VPI控制器的参数选定。
本发明中由于扩张状态观测器会在q轴电流注入特定频率，且电机不对称电感将引起反电势谐波，因此，引入电流环采用电流VPI控制器，提高电流控制器对谐波电流的控制能力。
综上所述，本发明提供的永磁游标直线电机的控制方法，采用电流环内环，速度环外环的双环控制方法，基于滑模趋近律的滑模速度控制器60和扩张状态观测器61组成速度控制器，电流环采用电流VPI控制器，降低了速度控制器对于电机参数扰动的敏感性，抵消了电机本体涉及造成的推力波动以及外部扰动对速度的影响，优化电流VPI控制器对谐波电流的控制效果，实现对永磁游标直线电机的高精度控制。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种永磁游标直线电机速度控制方法，其特征在于，包括：
(1)将电机的输出电流转换为q轴实际电流和d轴实际电流，并获取电机的实际速度；
(2)利用速度跟踪误差调节滑模速度控制器的控制增益，获取q轴预设电流；
所述速度跟踪误差为电机预设速度与所述电机的实际速度的差值；
(3)根据电机的速度观测值与所述电机的实际速度间的差值、步骤(2)得到的q轴预设电流，获取扰动观测值，并利用扰动观测值更新q轴预设电流；
(4)q轴预设电流与q轴实际电流间的差值通过电流VPI控制器的传递函数获取q轴电压指令；
且d轴预设电流与d轴实际电流间的差值通过电流VPI控制器的传递函数获取d轴电压指令；
(5)将q轴电压指令和d轴电压指令转换为控制逆变器内IGBT的开关信号；
其中，所述步骤(2)包括：
(2.1)根据电机的实际速度与电机的预设速度的差值，获取电机的状态变量；所述状态变量包括：速度跟踪误差和速度跟踪误差对时间的导数；
(2.2)根据滑模面函数和状态变量，选取趋近律函数，所述趋近律函数为：
其中，ε、k为滑模速度控制器的参数；S为滑模面函数；x1为速度跟踪误差；n为指数项；所述趋近律函数的绝对值为滑模速度控制器的控制增益；
(2.3)根据状态变量及趋近律函数，获取q轴预设电流。
2.如权利要求1所述的永磁游标直线电机速度控制方法，其特征在于，所述步骤(2)获取的q轴预设电流为；
其中，τp为极距；M为电机质量，ψPM为永磁磁链；ε、k为滑模速度控制器的参数；c为设定系数；x1为速度跟踪误差。
3.如权利要求2所述的永磁游标直线电机速度控制方法，其特征在于，所述步骤(3)更新后的q轴预设电流为：
其中，
为扰动观测值。
4.一种永磁游标直线电机速度控制系统，其特征在于，包括：主电路功率模块和控制模块；
工作状态下，主电路功率模块的输入端连接控制电路的输出端，其输出端连接永磁游标直线电机；控制模块的输入端连接永磁游标直线电机的输出端；
控制模块用于接收永磁游标直线电机的输出电流、电机的实际速度以及电机的预设速度，并执行如权利要求1-3任一项所述的永磁游标直线电机速度控制方法以获取q轴电压指令和d轴电压指令，将所述q轴电压指令和d轴电压指令传输至主电路功率模块；
主电路功率模块用于根据所述q轴电压指令和d轴电压指令调节开关的开通关断，从而控制永磁游标直线电机的输出电流。
5.如权利要求4所述的永磁游标直线电机速度控制系统，其特征在于，所述控制模块包括：电流检测单元、位置检测单元、主控制单元和驱动单元；
电流检测单元的输入端连接主电路功率模块的输出端，用于检测永磁游标直线电机的输出电流；
工作状态下，位置检测单元的输入端连接永磁游标直线电机的输出端，用于检测电机的位置，并实时计算实际速度；
主控制单元的输入端连接位置检测单元和电流检测单元的输出端；用于根据电机的实际速度、电机的实际电流、电机的预设速度，计算电机的q轴预设电流，并向驱动单元输出电压指令；
驱动单元的输入端连接主控制单元的输出端，用于将电压指令转换为驱动信号，驱动主电路功率模块中IGBT的开断。
6.如权利要求5所述的永磁游标直线电机速度控制系统，其特征在于，所述主控制单元包括：Clark变换器、Park变换器、SVPWM调制器、Park逆变换器、d轴电流VPI控制器、q轴电流VPI控制器、扩张状态观测器和滑模速度控制器；
Clark变换器的输入端与电流检测单元的输出端连接，用于将电机的三相静止坐标系下的输出电流转换到两相静止坐标系下；
Park变换器的输入端与Clark变换器的输出端连接，用于将电机的两相静止坐标系下的输出电流转化到两相旋转坐标系下，输出电机的q轴实际电流和d轴实际电流；
滑模速度控制器的输入端连接位置检测单元的输出端，用于根据速度跟踪误差调节其控制增益，输出q轴预设电流；
扩张状态观测器的输入端连接滑模速度控制器的输出端，用于根据电机的实际速度与预设速度的误差、q轴预设电流输出扰动观测值；
d轴电流VPI控制器的输入端连接Park变换器的输出端，用于对接收的d轴实际电流与d轴预设电流做差，计算d轴电压指令；
q轴电流VPI控制器的输入端连接Park变换器和滑模速度控制器的输出端，用于对q轴实际电流与q轴预设电流做差，计算q轴电压指令；
Park逆变换器的输入端连接d轴电流VPI控制器和q轴电流VPI控制器的输出端，用于将d轴电压指令和q轴电压指令转换到两相静止坐标系下；
SVPWM调制器的输入端与Park逆变换器的输出端连接，用于将两相静止坐标系下的电压指令转换为逆变器内IGBT的开关信号。
7.如权利要求6所述的永磁游标直线电机速度控制系统，其特征在于，所述滑模速度控制器的参数由Lyapunov稳定性要求选定。
8.如权利要求6或7所述的永磁游标直线电机速度控制系统，其特征在于，所述d轴电流VPI控制器和q轴电流VPI控制器的传递函数为：
其中，Kp、Ki、Kpr1、Kir1、ωc1、ω01、Kpr2、Kir2、ωc2、ω02、Kpr3、Kir3、ωc3、ω03……为电流VPI控制器的参数；
所述d轴电流VPI控制器和q轴电流VPI控制器的选定要求为：幅值响应大于35dB，相位裕度为45°，具有在不同谐振带宽的谐振频率ωc下保持恒定增益的特性。
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