CN113054884A - 基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电机控制技术领域，提供了一种基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统及方法。该系统包括：数字信号处理器、无位置传感器估计模块、通信模块以及动与电流检测模块，其中，数字信号处理器包括相邻耦合协同控制模块和电流控制模块；无位置传感器估计模块获取当前动子速度及当前动子位置，并输出至通信模块和相邻耦合协同控制模块；通信模块向相邻耦合协同控制模块输出相邻动子速度及相邻动子位置；相邻耦合协同控制模块获取直线电机的第一电流参考值；电流控制模块根据第一电流参考值和电流信号获取驱动信号，驱动与电流检测模块根据驱动信号实现对直线电机的控制，以此提高长距离直线运输系统控制的安全性，及运输效率。

Description

基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统及方法

技术领域

本申请涉及电机控制技术领域，提供了一种基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统及方法。

背景技术

直线电机是一种将电能直接转换成直线机械能而不需要任何中间转换机构的传动装置，其结构简单，能较好的解决旋转电动机传动效率低、可靠性低的问题。目前，在实际应用中常常通过安装多个不连续定子，使得在相同距离使用的定子数目减少，另一方面，增加多个动子，利用多个动子在多个定子串联的轨道上运动，当多个动子在多个定子的间隙滑行时，定子对通过的动子进行速度控制，从而实现对长距离直线运输系统的控制。

在现有技术中，根据对多定子与多动子的协同控制系统大多采用多个动子对同一个位置或速度信号的跟踪，以此实现基于多定子与多动子的长距离直线运输系统控制。

然而，采用现有技术实现对长距离直线运输系统的控制，忽略运动轨道内多动子同时运动时，动子间距过大或者过小，从而导致对系统控制的安全性低，运输效率不高的问题。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供了一种基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统。

本申请实施例提供了一种基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统，所述控制系统包括：数字信号处理器、无位置传感器估计模块、通信模块以及，驱动与电流检测模块，其中，所述数字信号处理器包括相邻耦合协同控制模块和电流控制模块；所述相邻耦合协同控制模块分别与所述通信模块、所述电流控制模块和所述无位置传感器估计模块通信连接，所述驱动与电流检测模块与所述电流控制模块通信连接；

所述无位置传感器估计模块，用于根据计数脉冲信号和反电势电压信号，获取当前动子速度以及当前动子位置，并向所述通信模块和所述相邻耦合协同控制模块输出所述当前动子速度以及所述当前动子位置；

所述通信模块，用于根据所述当前动子速度以及所述当前动子位置，获取相邻动子速度以及相邻动子位置，并向所述相邻耦合协同控制模块输出所述相邻动子速度以及所述相邻动子位置；

在所述当前动子为第二个动子以及第二个之后的动子的情况下，所述相邻耦合协同控制模块，用于根据所述当前动子速度以及所述当前动子位置、所述相邻动子速度以及所述相邻动子位置，获取直线电机的第一电流参考值，并向所述电流控制模块输出所述第一电流参考值；

所述电流控制模块，用于接收驱动与电流检测模块输出的所述直线电机的电流信号，根据所述第一电流参考值和所述电流信号，获取驱动信号，并向所述驱动与电流检测模块输出所述驱动信号；

所述驱动与电流检测模块，用于根据所述驱动信号，生成驱动电流脉冲和电流信号，并向所述直线电机输出所述驱动电流脉冲，向所述电流控制模块输出所述电流信号。

在一个实施例中，所述系统还包括：上位机接口电路，所述数字信号处理器还包括：虚拟首动子模块；

所述上位机接口电路与所述虚拟首动子模块通信连接，所述虚拟首动子模块与所述相邻耦合协同控制模块通信连接；

其中，上位机接口电路用于接收上位机输入的期望速度，并向所述虚拟首动子模块输出所述期望速度；

所述虚拟首动子模块，用于根据所述期望速度，获取虚拟首动子速度以及虚拟首动子位置，并向所述相邻耦合协同控制模块输出所述虚拟首动子速度以及所述虚拟首动子位置；

相应地，在所述当前动子为首动子的情况下，所述相邻耦合协同控制模块，用于根据所述虚拟首动子速度以及所述虚拟首动子位置、所述当前动子速度以及所述当前动子位置，获取直线电机的第一电流参考值。

在一个实施例中，所述虚拟首动子模块，具体用于根据所述期望速度，通过速度闭环控制算法、以及虚拟首动子模型获取所述虚拟首动子速度，其中，所述虚拟首动子模型根据直线电机的运动学方程建立；并根据所述虚拟首动子速度，通过积分算法获取所述虚拟首动子位置。

在一个实施例中，所述相邻耦合协同控制模块具体用于根据所述当前动子位置与所述当前动子速度、当前动子质量、当前定子长度、当前动子最大反向制动力以及安全系数，构建安全距离计算算法，根据所述安全距离计算算法获取当前动子与相邻动子的期望间距；并根据所述当前动子位置与所述当前动子速度、所述相邻动子速度以及所述相邻动子位置，构建相邻耦合误差模型，根据所述当前动子与所述相邻动子的速度同步误差、间距跟踪误差以及所述相邻耦合误差模型获取直线电机的第一电流参考值。

在一个实施例中，所述安全距离计算算法由以下表达式限定：

其中，h表示安全系数；M_i表示第i个动子的质量；v_i表示第i个动子的速度；F_mi表示第i个动子所受最大反向制动力；L为定子长度。

在一个实施例中，根据所述当前动子与所述相邻动子的速度同步误差、间距跟踪误差以及所述相邻耦合误差模型获取直线电机的第一电流参考值，包括：

根据所述当前动子与所述相邻动子的速度同步误差、间距跟踪误差以及所述相邻耦合误差模型构建基于相邻耦合误差的协同控制算法，通过所述基于相邻耦合误差的协同控制算法获取直线电机的第一电流参考值。

在一个实施例中，所述基于相邻耦合误差的协同控制算法由以下表达式限定：

其中，

表示所述当前动子与相邻动子的速度同步误差；

表示所述当前动子与相邻动子的间距跟踪误差；

表示所述相邻耦合误差模型；K表示滑模切换项系数；sgn(*)表示符号函数；μ_i、λ、η_i为正数。

本申请实施例提供了一种基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制方法，应用于基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统，所述系统包括：数字信号处理器、无位置传感器估计模块、通信模块以及，驱动与电流检测模块，其中，所述数字信号处理器包括相邻耦合协同控制模块和电流控制模块；所述相邻耦合协同控制模块分别与所述通信模块、所述电流控制模块和所述无位置传感器估计模块通信连接，所述驱动与电流检测模块与所述电流控制模块通信连接；

所述方法包括：

所述无位置传感器估计模块根据计数脉冲信号和反电势电压信号，获取当前动子速度以及当前动子位置，并向所述通信模块和所述相邻耦合协同控制模块输出所述当前动子速度以及所述当前动子位置；

所述通信模块根据所述当前动子速度以及所述当前动子位置，获取相邻动子速度以及相邻动子位置，并向所述相邻耦合协同控制模块输出所述相邻动子速度以及所述相邻动子位置；

在所述当前动子为第二个动子以及第二个之后的动子的情况下，所述相邻耦合协同控制模块根据所述当前动子速度以及所述当前动子位置、所述相邻动子速度以及所述相邻动子位置，获取直线电机的第一电流参考值，并向所述电流控制模块输出所述第一电流参考值；

所述电流控制模块接收驱动与电流检测模块输出的所述直线电机的电流信号，根据所述第一电流参考值和所述电流信号，获取驱动信号，并向所述驱动与电流检测模块输出所述驱动信号；

所述驱动与电流检测模块根据所述驱动信号，生成驱动电流脉冲和电流信号，并向所述直线电机输出所述驱动电流脉冲，向所述电流控制模块输出所述电流信号。

在一个实施例中，所述系统还包括：上位机接口电路，所述数字信号处理器还包括：虚拟首动子模块；

所述上位机接口电路与所述虚拟首动子模块通信连接，所述虚拟首动子模块与所述相邻耦合协同控制模块通信连接；

所述方法还包括：

所述上位机接口电路接收上位机输入的期望速度，并向所述虚拟首动子模块输出所述期望速度；

所述虚拟首动子模块根据所述期望速度，获取虚拟首动子速度以及虚拟首动子位置，并向所述相邻耦合协同控制模块输出所述虚拟首动子速度以及所述虚拟首动子位置；

相应地，在所述当前动子为首动子的情况下，所述相邻耦合协同控制模块根据所述虚拟首动子速度以及所述虚拟首动子位置、所述当前动子速度以及所述当前动子位置，获取直线电机的第一电流参考值。在一个实施例中，所述虚拟首动子模块根据所述期望速度，获取虚拟首动子速度以及虚拟首动子位置，并向所述相邻耦合协同控制模块输出所述虚拟首动子速度以及所述虚拟首动子位置，包括：

所述虚拟首动子模块根据所述期望速度，通过速度闭环控制算法、以及虚拟首动子模型获取所述虚拟首动子速度，其中，所述虚拟首动子模型根据直线电机的运动学方程建立；并根据所述虚拟首动子速度，通过积分算法获取所述虚拟首动子位置。

本申请实施例所提供的基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统。该系统通过无位置传感器估计模块根据计数脉冲信号和反电势电压信号获取当前动子速度以及当前动子位置，并输出至通信模块和相邻耦合协同控制模块，通信模块根据当前动子速度以及当前动子位置，获取相邻动子速度以及相邻动子位置；在当前动子为第二个动子以及第二个之后的动子的情况下，相邻耦合协同控制模块根据当前动子速度以及当前动子位置、相邻动子速度以及相邻动子位置，获取直线电机的第一电流参考值；电流控制模块接收驱动与电流检测模块输出的直线电机的电流信号，并根据第一电流参考值和电流信号，获取驱动信号；驱动与电流检测模块根据驱动信号，以此实现对直线电机的控制，同时获取直线电机的电流信号，并将直线电机的电流信号作为电流控制模块的电流反馈值，这样，在对直线电机的控制过程中，通过建立相邻动子间的通信，考虑了相邻动子速度以及相邻动子位置信息对当前动子速度以及当前动子位置的影响，避免多动子同时运动时，动子间距对直线电机控制的影响，从而提高长距离直线运输系统控制的安全性，以及运输效率。

附图说明

图1为一个实施例中基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统的结构示意图；

图2为另一个实施例中基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统的结构示意图；

图3为再一个实施例基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统的结构示意图；

图4为一个实施例中基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制方法流程图；

图5为另一个实施例中基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制方法流程图；

图6为再一个实施例中基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制方法流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

在一个实施例中，如图1所示，图1为一个实施例中基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统的结构示意图。本实施例中，该系统包括：数字信号处理器10、无位置传感器估计模块11、通信模块12以及，驱动与电流检测模块13。

其中，数字信号处理器10包括相邻耦合协同控制模块101和电流控制模块102；相邻耦合协同控制模块101分别与通信模块12、电流控制模块102和无位置传感器估计模块11通信连接，驱动与电流检测模块13与电流控制模块102通信连接。

图2为另一个实施例中基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统的结构示意图，图2是在图1的基础上，对基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统的描述。

无位置传感器估计模块11，用于根据计数脉冲信号和反电势电压信号，获取当前动子速度以及当前动子位置，并向通信模块12和相邻耦合协同控制模块101输出当前动子速度以及当前动子位置。

其中，无位置传感器估计模块11包括反电势电压检测电路111以及光栅脉冲电路113，反电势电压检测电路111用于在多定子的情况下，利用滤波电路对脉冲信号进行滤波操作获取直线电机00的反电势电压信号，光栅脉冲电路113用于在多定子的情况下，获取直线电机00的计数脉冲信号。

具体的，无位置传感器估计模块11接收反电势电压检测电路111获取的直线电机00的反电势电压信号，以及光栅脉冲电路113获取的直线电机00的计数脉冲信号，利用位置与速度估计算法112计算获取当前动子位置以及当前动子速度信号，并将获取得到的当前动子位置以及当前动子速度信号分别输出至通信模块12和相邻耦合协同控制模块101，需要说明的是，位置与速度估计算法即为反电势积分法，具体的反电势积分法可以参考现有技术，此处不再赘述。

示例性的，位置与速度估计算法112通过使用计数脉冲信号进行当前动子位置以及当前动子速度的估算，直线电机00的当前动子每移动相应距离，即可得到一个完整的成正弦分布的反电势电压信号，需要说明的是，要实现对直线电机的控制，则需要将通过的当前动子位置计算得到的电角度与反电势电压信号的相位进行匹配。移动相应距离所产生的脉冲信号的计数值始终固定，将该计数值作为计数脉冲信号的清零标志，在一个周期内，通过计数值和原始偏差获取原始角度，将原始角度与转化为机械角度，再利用机械角度与直线电机极对数计算获取电角度，根据该电角度即可获取当前动子速度。另一方面，通过定子两端的光栅读数检测计数脉冲信号，当检测到计数脉冲信号时，利用该计数脉冲信号判断当前动子位置。

通信模块12，用于根据当前动子速度以及当前动子位置，获取相邻动子速度以及相邻动子位置，并向相邻耦合协同控制模块101输出相邻动子速度以及相邻动子位置。

其中，通信模块12包括数据收发电路122与高速总线124，数据发送算法与数据接收算法是指对当前动子速度以及当前动子位置的一个数据处理过程，示例性的，数据发送算法与数据接收算法将当前动子位置以及当前动子速度转化为符合通信的通信帧，并对其定义一个标识符，该标识符用来决定访问总线的优先级，对于相邻两动子，优先级较高的动子先进行发送，此时另一动子则处于接收状态，其中，该通信模块例如可以是德州仪器(Texas Instruments,TI)公司的SN65HVD234DR收发器芯片，但不限于此，本申请不具体限制。

具体的，通信模块12根据接收无位置传感器估计模块11输出的当前动子速度以及当前动子位置，将该当前动子速度以及当前动子位置发送至高速总线，再通过数据发送算法与数据接收算法获取当前动子的相邻动子速度以及相邻动子位置，并将相邻动子速度以及相邻动子位置输出至相邻耦合协同控制模块101。

在当前动子为第二个动子以及第二个之后的动子的情况下，相邻耦合协同控制模块101，用于根据当前动子速度以及当前动子位置、相邻动子速度以及相邻动子位置，获取直线电机的第一电流参考值，并向电流控制模块102输出第一电流参考值。

其中，直线电机的第一电流参考值是指在对直线电机控制时，在考虑相邻动子速度以及相邻动子位置对当前动子的影响，即相邻动子与当前动子保持期望间距所需要的控制电流的大小。

具体的，在当前动子为第二个动子以及第二个之后的动子的情况下，相邻耦合协同控制模块101接收无位置传感器估计模块11输出的当前动子位置以及当前动子速度、通信模块输出的相邻动子位置以及相邻动子速度，并根据当前动子速度以及当前动子位置、相邻动子速度以及相邻动子位置，从而获取使当前动子与相邻动子保持期望间距的第一电流参考值。

电流控制模块102，用于接收驱动与电流检测模块12输出的直线电机的电流信号，根据第一电流参考值和电流信号，获取驱动信号，并向驱动与电流检测模块13输出驱动信号。

其中，直线电机的电流信号是指当驱动与电流检测模块13接收到电流控制模块102输出的驱动脉冲信号时，驱动与电流检测模块13响应该驱动脉冲信号，对直线电机的电流值进行采样，从而获取得到的电流信号，驱动信号是指PWM脉冲信号，该PWM脉冲信号可以作为控制驱动电路开关器件的开关信号。

具体的，电流控制模块102接收驱动与电流检测模块12对直线电机的电流值进行采样获取的直线电机的电流信号的反馈值，并将直线电机的电流信号的反馈值通过AD模数转换算法1023进行模数转换后，反馈至电流闭环控制算法1021，再对第一电流参考值和经过模数转换后的电流信号的反馈值做差后，经过电流闭环控制算法1021，得到电流输出值，进一步的，将该电流输出值利用PWM脉冲产生算法1022生成直线电机所需的驱动信号，即PWM脉冲信号。

驱动与电流检测模块13，用于根据驱动信号，生成驱动电流脉冲和电流信号，并向直线电机00输出驱动电流脉冲，向电流控制模块102输出电流信号。

其中，驱动与电流检测模块13包括驱动电路131与电流检测电路132，驱动电路131根据接收到的电流控制模块102输出的驱动信号，生成驱动直线电机的驱动电流脉冲；电流检测电路132在该驱动信号的控制下实现对直线电机的电流值进行采样，并将采样获取得到的电流信号输出至电流控制模块102，一示例中，该驱动与电流检测模块13例如可以是TI公司的DRV8301驱动板，但不限于此，本申请不具体限制。

具体的，驱动与电流检测模块13根据接收到的驱动信号，通过驱动电路生成控制直线电机00运行的驱动电流脉冲，将该驱动电流脉冲输出给直线电机00，以此驱动直线电机00运行，与此同时，电流检测电路132对直线电机00的电流值进行采样，并将采样获取的电流信号反馈给电流控制模块102作为直线电机的电流信号的反馈值。

上述基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统中，通过无位置传感器估计模块根据计数脉冲信号和反电势电压信号获取当前动子速度以及当前动子位置，并输出至通信模块和相邻耦合协同控制模块，通信模块根据当前动子速度以及当前动子位置，获取相邻动子速度以及相邻动子位置；在当前动子为第二个动子以及第二个之后的动子的情况下，相邻耦合协同控制模块根据当前动子速度以及当前动子位置、相邻动子速度以及相邻动子位置，获取直线电机的第一电流参考值；电流控制模块接收驱动与电流检测模块输出的直线电机的电流信号，并根据第一电流参考值和电流信号，获取驱动信号；驱动与电流检测模块根据驱动信号，以此实现对直线电机的控制，同时获取直线电机的电流信号，并将直线电机的电流信号作为电流控制模块的电流反馈值，这样，在对直线电机的控制过程中，通过建立相邻动子间的通信，考虑了相邻动子速度以及相邻动子位置信息对当前动子速度以及当前动子位置的影响，避免多动子同时运动时，动子间距对直线电机控制的影响，从而提高长距离直线运输系统控制的安全性，以及运输效率。

在上述实施例的基础上，该系统还包括：上位机接口电路14，数字信号处理器10还包括：虚拟首动子模块103。如图3所示，图3为再一个实施例基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统的结构示意图，图3是在图2的基础上，进一步对基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统的描述。

上位机接口电路14与虚拟首动子模块103通信连接，虚拟首动子模块103与相邻耦合协同控制模块101通信连接。

其中，上位机接口电路14用于接收上位机15输入的期望速度，并向虚拟首动子模块103输出期望速度，将该期望速度作为虚拟首动子模块10中速度闭环控制算法1031的速度参考值。

虚拟首动子模块10，用于根据期望速度，获取虚拟首动子速度以及虚拟首动子位置，并向相邻耦合协同控制模块101输出虚拟首动子速度以及虚拟首动子位置。

具体的，虚拟首动子模块10接收上位机接口电路14从上位机15接收的期望速度，并将该期望速度作为虚拟首动子模块10中速度闭环控制算法1031的速度参考值，虚拟首动子模块10根据该期望速度的速度参考值，以此获取虚首动子速度，进一步的根据虚拟首动子速度获取虚拟首动子位置，并将该虚拟首动子速度以及虚拟首动子位置输出至相邻耦合协同控制模块101。

相应地，在当前动子为首动子的情况下，相邻耦合协同控制模块101，用于根据虚首动子速度以及虚拟首动子位置、当前动子速度以及当前动子位置，获取直线电机的第一电流参考值。

具体的，在当前动子为首动子的情况下，相邻耦合协同控制模块101接收无位置传感器估计模块11输出的当前动子位置以及当前动子速度，并根据虚首动子速度以及虚拟首动子位置、当前动子速度以及当前动子位置，从而获取使当前动子与相邻动子保持期望间距的第一电流参考值。

这样，本实施例在当前动子为首动子时，通过引入虚拟首动子为当前动子提供相邻动子位置参考值与速度参考值，初始时刻将虚拟首动子与首动子间的间距设为首动子的期望间距，首动子同时接收其后方动子的状态信息，通过在相邻动子间建立双向通信，明确动子间的相互作用，避免了直接对首动子进行速度控制，而忽略首动子的后方动子的影响，从而确保当后方动子速度波动时，首动子能够实时调整其速度，以此确保相邻动子间始终保持期望间距，从而提高了多动子之间的协同性，以及长距离直线运输系统的安全性。

在上述实施例的基础上，虚拟首动子模块103，具体用于根据期望速度，通过速度闭环控制算法1031、以及虚拟首动子模型1032获取虚拟首动子速度；并根据虚拟首动子速度，通过积分算法1033获取虚拟首动子位置。

其中，速度闭环控制算法1031是指使控制对象即虚拟首动子当前的速度的值与用户设定的值相同，即使虚拟首动子速度与从上位机接口电路接收的期望速度的值相同。虚拟首动子模型1032是根据直线电机的运动学方程建立，该模型具有一定刚度和阻尼，具体的直线电机的运动学方程可以参考现有技术，此处不再赘述。

具体的，虚拟首动子模块103通过上位机接口电路14从上位机15获得期望速度，并将该期望速度作为直线电机00的速度闭环控制算法1031的速度参考值，通过速度闭环控制算法1031控制虚拟首动子速度跟踪期望速度，即将虚拟首动子速度作为速度闭环控制算法1031的速度反馈值，同时与期望速度做差，进一步通过虚拟首动子模型1032获取虚拟首动子速度，获取得到虚拟首动子速度之后，再通过积分算法得到虚拟首动子位置，其中，具体的积分算法可以参考现有技术，此处不再赘述。

这样，本实施例在初始时刻，在当前动子为首动子时，将虚拟首动子位置以及虚拟首动子速度作为首动子的位置参考值与速度参考值，以此防止首动子起动时速度出现较大超调。

在上述实施例的基础上，在另一些实施例中，相邻耦合协同控制模块101具体用于根据当前动子位置与当前动子速度、当前动子质量、当前定子长度、当前动子最大反向制动力以及安全系数，构建安全距离计算算法1011，根据安全距离计算算法1011获取当前动子与相邻动子的期望间距；并根据当前动子位置与当前动子速度、相邻动子速度以及相邻动子位置，构建相邻耦合误差模型，根据当前动子与相邻动子的速度同步误差、间距跟踪误差以及相邻耦合误差模型获取直线电机的第一电流参考值。

其中，当前定子长度是指当前动子所运动的定子范围的长度。当前动子最大反向制动力是指电机提供的最大反向电磁推力和摩擦力等力组成的最大反向制动力。安全系数是指在前方动子急停的突发状况下，当前动子与前方动子需要保持的最小安全距离，通过乘以适当的安全系数以此增加安全性，示例性的，该安全系数的范围例如可以是2至3，但不限于此，本领域技术人员可根据实际情况具体设置。

具体的，相邻耦合协同控制模块101根据接收无位置传感器估计模块11输出的当前动子速度以及当前动子位置、当前动子质量、当前定子长度、当前动子最大反向制动力以及安全系数，构建安全距离计算算法1011，利用构建的安全距离计算算法1011计算获取当前动子与相邻动子间期望间距。

示例性的，安全距离计算算法1011由以下表达式限定：

其中，h表示安全系数；M_i表示第i个动子的质量；v_i表示第i个动子的速度；F_mi表示第i个动子所受最大反向制动力；L为定子长度。

在上述实施例的基础上，通过安全距离计算算法1011计算获取当前动子与相邻动子间期望间距，进一步的，相邻耦合协同控制模块101根据接收无位置传感器估计模块11输出的当前动子位置与当前动子速度、通信模块12输出的相邻动子速度以及相邻动子位置，构建相邻耦合误差模型，利用当前动子与相邻动子的速度同步误差、间距跟踪误差以及相邻耦合误差模型获取直线电机的第一电流参考值。

在上述实施例的基础上，可选的，根据当前动子与相邻动子的速度同步误差、间距跟踪误差以及相邻耦合误差模型构建基于相邻耦合误差的协同控制算法1012，通过基于相邻耦合误差的协同控制算法1012获取直线电机的第一电流参考值。

示例性的，基于相邻耦合误差的协同控制算法1012由以下表达式限定：

其中，

表示当前动子与相邻动子的速度同步误差；

表示当前动子与相邻动子的间距跟踪误差；

表示相邻耦合误差模型；K表示滑模切换项系数；sgn(*)表示符号函数；μ_i、λ、η_i为正数。

这样，本实施例通过安全距离计算算法获取当前动子与相邻动子间的期望间距，并结合相邻动子的位置和速度计算出表示间距跟踪性能和速度同步性能的相邻耦合误差，再根据当前动子与相邻动子的速度同步误差、间距跟踪误差进一步建立基于相邻耦合误差的协同控制算法，从而获取直线电机的第一电流参考值，即获取使相邻耦合误差趋于零，也就是使当前动子与相邻动子间达到期望间距和期望速度时所需的电流参考值，从而实现基于相邻耦合误差的多动子协同控制，进一步的实现对电机的控制，在一定程度上提高长距离直线运输系统控制的安全性，以及运输效率。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。作为模块或单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本公开方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本发明还提供了一种基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制方法，该方法可基于上述各实施例中的基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统实现，该系统包括数字信号处理器、无位置传感器估计模块、通信模块以及，驱动与电流检测模块，其中，数字信号处理器包括相邻耦合协同控制模块和电流控制模块；相邻耦合协同控制模块分别与通信模块、电流控制模块和无位置传感器估计模块通信连接，驱动与电流检测模块与电流控制模块通信连接，参考图4所示，该方法的实现步骤如下：

S401：无位置传感器估计模块根据计数脉冲信号和反电势电压信号，获取当前动子速度以及当前动子位置，并向通信模块和相邻耦合协同控制模块输出当前动子速度以及当前动子位置。

S402：通信模块根据当前动子速度以及当前动子位置，获取相邻动子速度以及相邻动子位置，并向相邻耦合协同控制模块输出相邻动子速度以及相邻动子位置。

S403：在当前动子为第二个动子以及第二个之后的动子的情况下，相邻耦合协同控制模块根据当前动子速度以及当前动子位置、相邻动子速度以及相邻动子位置，获取直线电机的第一电流参考值，并向电流控制模块输出第一电流参考值。

S404：电流控制模块接收驱动与电流检测模块输出的直线电机的电流信号，根据第一电流参考值和电流信号，获取驱动信号，并向驱动与电流检测模块输出驱动信号。

S405：驱动与电流检测模块根据驱动信号，生成驱动电流脉冲和电流信号，并向直线电机输出驱动电流脉冲，向电流控制模块输出电流信号。

在上述实施例的基础上，该系统还包括：上位机接口电路，数字信号处理器还包括：虚拟首动子模块；上位机接口电路与虚拟首动子模块通信连接，虚拟首动子模块与相邻耦合协同控制模块通信连接。

图5为另一个实施例中基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制方法流程图。图5是在图4所示实施例的基础上，进一步地，对S403的一种可能的实现方式的描述，如图5所示：

S4031：上位机接口电路接收上位机输入的期望速度，并向虚拟首动子模块输出期望速度。

S4032：虚拟首动子模块根据期望速度，获取虚拟首动子速度以及虚拟首动子位置，并向相邻耦合协同控制模块输出虚拟首动子速度以及虚拟首动子位置。

S4033：相应地，在当前动子为首动子的情况下，相邻耦合协同控制模块根据虚拟首动子速度以及虚拟首动子位置、当前动子速度以及当前动子位置，获取直线电机的第一电流参考值。

图6为再一个实施例中基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制方法流程图。图6是在图5所示实施例的基础上，进一步地，对S4032的一种可能的实现方式的描述，如图5所示：

S4032a：虚拟首动子模块根据期望速度，通过速度闭环控制算法、以及虚拟首动子模型获取虚拟首动子速度，其中，虚拟首动子模型根据直线电机的运动学方程建立；并根据虚拟首动子速度，通过积分算法获取虚拟首动子位置。

本申请实施例所提供的基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制方法。该方法通过无位置传感器估计模块根据计数脉冲信号和反电势电压信号获取当前动子速度以及当前动子位置，并输出至通信模块和相邻耦合协同控制模块，通信模块根据当前动子速度以及当前动子位置，获取相邻动子速度以及相邻动子位置；在当前动子为第二个动子以及第二个之后的动子的情况下，相邻耦合协同控制模块根据当前动子速度以及当前动子位置、相邻动子速度以及相邻动子位置，获取直线电机的第一电流参考值；电流控制模块接收驱动与电流检测模块输出的直线电机的电流信号，并根据第一电流参考值和电流信号，获取驱动信号；驱动与电流检测模块根据驱动信号，以此实现对直线电机的控制，同时获取直线电机的电流信号，并将直线电机的电流信号作为电流控制模块的电流反馈值，这样，在对直线电机的控制过程中，通过建立相邻动子间的通信，考虑了相邻动子速度以及相邻动子位置信息对当前动子速度以及当前动子位置的影响，避免多动子同时运动时，动子间距对直线电机控制的影响，从而提高长距离直线运输系统控制的安全性，以及运输效率。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。另外，也易于理解的是，这些步骤可以是例如在多个模块/进程/线程中同步或异步执行。

关于上述实施例中的方法，其中各个步骤执行操作的具体方式以及带来的相应技术效果已经在有关该装置的实施例中进行了对应的详细描述，此处将不做详细阐述说明。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统，其特征在于，包括：数字信号处理器、无位置传感器估计模块、通信模块以及驱动与电流检测模块，其中，所述数字信号处理器包括相邻耦合协同控制模块和电流控制模块；所述相邻耦合协同控制模块分别与所述通信模块、所述电流控制模块和所述无位置传感器估计模块通信连接，所述驱动与电流检测模块与所述电流控制模块通信连接；

所述无位置传感器估计模块，用于根据计数脉冲信号和反电势电压信号，获取当前动子速度以及当前动子位置，并向所述通信模块和所述相邻耦合协同控制模块输出所述当前动子速度以及所述当前动子位置；

所述通信模块，用于根据所述当前动子速度以及所述当前动子位置，获取相邻动子速度以及相邻动子位置，并向所述相邻耦合协同控制模块输出所述相邻动子速度以及所述相邻动子位置；

在所述当前动子为第二个动子以及第二个之后的动子的情况下，所述相邻耦合协同控制模块，用于根据所述当前动子速度以及所述当前动子位置、所述相邻动子速度以及所述相邻动子位置，获取直线电机的第一电流参考值，并向所述电流控制模块输出所述第一电流参考值；

所述电流控制模块，用于接收驱动与电流检测模块输出的所述直线电机的电流信号，根据所述第一电流参考值和所述电流信号，获取驱动信号，并向所述驱动与电流检测模块输出所述驱动信号；

所述驱动与电流检测模块，用于根据所述驱动信号，生成驱动电流脉冲和电流信号，并向所述直线电机输出所述驱动电流脉冲，向所述电流控制模块输出所述电流信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：上位机接口电路，所述数字信号处理器还包括：虚拟首动子模块；

所述上位机接口电路与所述虚拟首动子模块通信连接，所述虚拟首动子模块与所述相邻耦合协同控制模块通信连接；

其中，上位机接口电路，用于接收上位机输入的期望速度，并向所述虚拟首动子模块输出所述期望速度；

所述虚拟首动子模块，用于根据所述期望速度，获取虚拟首动子速度以及虚拟首动子位置，并向所述相邻耦合协同控制模块输出所述虚拟首动子速度以及所述虚拟首动子位置；

相应地，在所述当前动子为首动子的情况下，所述相邻耦合协同控制模块，用于根据所述虚拟首动子速度以及所述虚拟首动子位置、所述当前动子速度以及所述当前动子位置，获取直线电机的第一电流参考值。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述虚拟首动子模块，具体用于根据所述期望速度，通过速度闭环控制算法、以及虚拟首动子模型获取所述虚拟首动子速度，其中，所述虚拟首动子模型根据直线电机的运动学方程建立；并根据所述虚拟首动子速度，通过积分算法获取所述虚拟首动子位置。

4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述相邻耦合协同控制模块具体用于根据所述当前动子位置与所述当前动子速度、当前动子质量、当前定子长度、当前动子最大反向制动力以及安全系数，构建安全距离计算算法，根据所述安全距离计算算法获取当前动子与相邻动子的期望间距；并根据所述当前动子位置与所述当前动子速度、所述相邻动子速度以及所述相邻动子位置，构建相邻耦合误差模型，根据所述当前动子与所述相邻动子的速度同步误差、间距跟踪误差以及所述相邻耦合误差模型获取直线电机的第一电流参考值。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述安全距离计算算法由以下表达式限定：

其中，h表示安全系数；M_i表示第i个动子的质量；v_i表示第i个动子的速度；F_mi表示第i个动子所受最大反向制动力；L为定子长度。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，根据所述当前动子与所述相邻动子的速度同步误差、间距跟踪误差以及所述相邻耦合误差模型获取直线电机的第一电流参考值，包括：

根据所述当前动子与所述相邻动子的速度同步误差、间距跟踪误差以及所述相邻耦合误差模型构建基于相邻耦合误差的协同控制算法，通过所述基于相邻耦合误差的协同控制算法获取直线电机的第一电流参考值。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述基于相邻耦合误差的协同控制算法由以下表达式限定：

其中，

表示所述当前动子与相邻动子的速度同步误差；

表示所述当前动子与相邻动子的间距跟踪误差；

表示所述相邻耦合误差模型；K表示滑模切换项系数；sgn(*)表示符号函数；μ_i、λ、η_i为正数。

8.一种基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制方法，其特征在于，应用于基于相邻耦合的多动子直线电机协同控制系统，所述系统包括：数字信号处理器、无位置传感器估计模块、通信模块以及，驱动与电流检测模块，其中，所述数字信号处理器包括相邻耦合协同控制模块和电流控制模块；所述相邻耦合协同控制模块分别与所述通信模块、所述电流控制模块和所述无位置传感器估计模块通信连接，所述驱动与电流检测模块与所述电流控制模块通信连接；

所述方法包括：

所述无位置传感器估计模块根据计数脉冲信号和反电势电压信号，获取当前动子速度以及当前动子位置，并向所述通信模块和所述相邻耦合协同控制模块输出所述当前动子速度以及所述当前动子位置；

所述通信模块根据所述当前动子速度以及所述当前动子位置，获取相邻动子速度以及相邻动子位置，并向所述相邻耦合协同控制模块输出所述相邻动子速度以及所述相邻动子位置；

在所述当前动子为第二个动子以及第二个之后的动子的情况下，所述相邻耦合协同控制模块根据所述当前动子速度以及所述当前动子位置、所述相邻动子速度以及所述相邻动子位置，获取直线电机的第一电流参考值，并向所述电流控制模块输出所述第一电流参考值；

所述电流控制模块接收驱动与电流检测模块输出的所述直线电机的电流信号，根据所述第一电流参考值和所述电流信号，获取驱动信号，并向所述驱动与电流检测模块输出所述驱动信号；

所述驱动与电流检测模块根据所述驱动信号，生成驱动电流脉冲和电流信号，并向所述直线电机输出所述驱动电流脉冲，向所述电流控制模块输出所述电流信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述系统还包括：上位机接口电路，所述数字信号处理器还包括：虚拟首动子模块；

所述上位机接口电路与所述虚拟首动子模块通信连接，所述虚拟首动子模块与所述相邻耦合协同控制模块通信连接；

所述方法还包括：

所述上位机接口电路接收上位机输入的期望速度，并向所述虚拟首动子模块输出所述期望速度；

所述虚拟首动子模块根据所述期望速度，获取虚拟首动子速度以及虚拟首动子位置，并向所述相邻耦合协同控制模块输出所述虚拟首动子速度以及所述虚拟首动子位置；

相应地，在所述当前动子为首动子的情况下，所述相邻耦合协同控制模块根据所述虚拟首动子速度以及所述虚拟首动子位置、所述当前动子速度以及所述当前动子位置，获取直线电机的第一电流参考值。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述虚拟首动子模块根据所述期望速度，获取虚拟首动子速度以及虚拟首动子位置，并向所述相邻耦合协同控制模块输出所述虚拟首动子速度以及所述虚拟首动子位置，包括：

所述虚拟首动子模块根据所述期望速度，通过速度闭环控制算法、以及虚拟首动子模型获取所述虚拟首动子速度，其中，所述虚拟首动子模型根据直线电机的运动学方程建立；并根据所述虚拟首动子速度，通过积分算法获取所述虚拟首动子位置。

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