深圳大学全重联合西安交大全重发表新成果，破解模型失配难题，提出直线开关磁阻电机自适应控制的新方案

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导语

针对大行程双边直线开关磁阻电机动态模型失配制约其高性能运动控制的难题，深圳大学全国重点实验室联合西安交通大学全国重点实验室在《电工技术学报》2026年第12期上，提出基于分段参考模型的模型参考自适应速度控制方法。构建匀速和加减速工况下的自适应分段参考模型，建立广义状态向量渐近收敛的自适应控制律，并依据模型匹配准则确定可调控制参数初值。变负载和变速实验表明，该方法能有效降低速度波动与跟踪误差，提升电机运动控制性能。

研究背景

双边直线开关磁阻电机具有结构坚固、热耗低、可靠性高、成本低等优势，在工业自动化、轨道交通、波浪能发电等领域具有广阔应用前景。然而，受加工装配误差影响，大行程双边气隙难以保持均匀对称，导致非线性、参数时变及不确定性干扰加剧，电机动态模型易发生失配，严重制约其高性能运动控制。模型参考自适应控制能够在线调整控制参数、动态修正系统行为，为克服模型失配、提升运动控制性能提供了可能，有望解决大行程双边直线开关磁阻电机高性能速度控制难题。

图1 实验室自行研制的大行程双边直线开关磁阻电机样机

论文所解决的问题及意义

论文提出一种基于分段参考模型的模型参考自适应速度控制方法，能有效克服模型失配和负载扰动影响，降低速度波动与跟踪误差，提升电机在变负载、变速等复杂工况下的运动控制性能，为大行程双边直线开关磁阻电机高性能运动控制提供了新方法。

论文方法及创新点

1、创新自适应分段参考模型

针对大行程双边直线开关磁阻电机匀速与加减速阶段动态特性及控制性能需求不同，构建面向不同运行工况的分段参考模型，根据运行状态自适应切换参考模型参数，表征匀速阶段的稳态速度性能与加减速阶段的动态响应性能，实现全运行过程期望动态特性的差异化表征。

2、建立基于位置可调系统参考模型的自适应速度控制律

针对动态模型失配下速度控制参数难以适应电机动态特性变化，构建速度前馈与比例积分反馈相结合的速度可调控制系统，将速度可调系统参考模型转换为位置可调系统参考模型，基于李雅普诺夫稳定性理论，将速度跟踪问题转化为广义状态向量渐近收敛问题，推导出在线自适应速度控制律，实现控制参数动态调节。

图2 大行程双边直线开关磁阻电机自适应速度控制系统结构框图

结论

1）创新了电机位置可调系统自适应分段参考模型，差异化表征匀速与加减速工况的期望动态特性，为全运行过程高性能速度控制提供更适配的参考模型。

2）提出了基于位置可调系统参考模型的自适应速度控制律，在线调节速度控制参数，使电机动态响应快速逼近参考模型，提升了模型失配及不确定性扰动下的速度控制性能与适应能力。

3）研究结果显示，在1.5倍运动平台质量负载下，300 mm/s和100 mm/s参考速度下的速度波动分别为0.82%和3.09%，较参数不可调的速度前馈与PI反馈控制分别降低3.53%和2.83%，较模糊PI控制分别降低38.35%和42.13%；在不同负载和速度工况下，匀速稳态过程的平均最大绝对速度误差均小于两种对比方法。所提出的方法有效降低了速度波动和跟踪误差，鲁棒性强，为大行程双边直线开关磁阻电机高性能速度控制提供了新方法。

图3 大行程双边直线开关磁阻电机控制系统实验平台

(a) 速度前馈增益Kc

(b) 比例控制参数Kp

(c) 积分控制参数Ki

图4 300 mm/s匀速运行的梯形参考输入和空载工况下可调控制参数

（a）速度响应

（b）速度误差

图5 300 mm/s匀速运行的梯形参考输入和空载工况下速度响应与误差

(a) 速度响应

(b) 速度误差

图6 300 mm/s匀速运行的梯形参考输入和12kg负载工况下速度响应与误差

团队介绍

研究团队依托极端环境绿色长寿道路工程全国重点实验室（深圳）、深圳电磁控制重点实验室，重点围绕国家和行业的重大需求，长期从事直线/平面电机、磁悬浮电机、电机驱动、控制理论及应用等研究。主持国家自然科学基金重点、面上、青年项目等纵向课题40余项，华为、中集、中车等横向课题30余项，在IEEE Trans.、中国电机工程学报、中国科学等国内外高水平学术期刊和会议上发表SCI/EI论文300余篇，授权发明专利40余项，制定国际标准1项并获IEEE标准协会新兴技术奖，获国家教学成果二等奖、广东省科学技术二等奖等8项科技奖励。

黄苏丹

深圳大学副教授，硕士生导师，研究方向为直线/平面电机设计与控制、控制理论及应用、智能算法等。

符瑞星

深圳大学研究生，硕士，研究方向为直线电机运动控制。

曹广忠

深圳大学教授，博士生导师，研究方向为电机与磁悬浮系统、控制理论及应用、机器人与具身智能等。

胡宏锦

深圳大学助理教授，硕士生导师，研究方向为磁悬浮电机设计、驱动及控制、飞轮储能等。

梁得亮

西安交通大学教授，博士生导师，研究方向为伺服系统仿真与控制、新原理新结构电机电磁理论及CAD技术、特种电机电磁理论与控制等。

本工作成果发表在2026年第12期《电工技术学报》，论文标题为"基于分段参考模型的大行程双边直线开关磁阻电机模型参考自适应速度控制"。本课题为国家自然科学基金和深圳市科技计划资助项目。

引用本文

黄苏丹, 符瑞星, 曹广忠, 胡宏锦, 梁得亮. 基于分段参考模型的大行程双边直线开关磁阻电机模型参考自适应速度控制[J]. 电工技术学报, 2026, 41(12): 4011-4021. Huang Sudan, Fu Ruixing, Cao Guangzhong, Hu Hongjin, Liang Deliang. Model Reference Adaptive Speed Control of Long-Stroke Double-Sided Linear Switched Reluctance Motors Based on Piecewise Reference Models. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(12): 4011-4021.