[發明專利]永磁直線同步電機的二型模糊分數階滑模控制系統及方法

有效

• 申請號: 201710102504.8
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN107070336B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 孫宜標;王亞朋;劉春芳
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P25/06;H02P25/022
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 周智博;宋鐵軍

永磁直線同步電機的二型模糊分數階滑模控制系統及方法，所述控制技術根據永磁直線同步電機伺服系統給定速度信號和反饋速度信號相減得到誤差量，以這個誤差量設計分數階滑模面，基于分數階理論設計滑模控制切換項，并采用區間二型模糊控制器替換切換項中的增益與不連續函數乘積，根據Lyapunov函數驗證系統是穩定的；設計中引入區間二型模糊控制器和分數階滑模面，并采用基于分數階微積分理論的切換項，可以有效降低抖振；同時解決了一型模糊系統模糊規則存在的不確定性問題，提高系統的魯棒性，最終本發明方法實現了提高系統的魯棒性，并削弱系統的抖振現象。

技術領域

本發明屬于數控技術領域，特別涉及一種永磁直線同步電機的二型模糊分數階滑模系統及方法。

技術背景

數控機床作為傳統機器工業制造、重型加工產業的重要基礎，隨著社會的發展，對高速、高精度的數控加工技術提出了越來越高的要求。傳統的數控機床的進給系統主要是“旋轉電機 +滾珠絲杠”的形式，這種形式中間環節間的正反間隙、摩擦及彈性變形使系統的非線性誤差增大，限制其很難達到高速度、高精度技術生產的要求。

直線電動機傳動取消了中間機械傳動機構,克服了傳統驅動方式的中間傳動環節帶來的缺點，顯著提高了機床的動態靈敏度、加工精度和可靠性，在高精度、快響應的微進給伺服系統中具有非常明顯的優勢。但由于其直接驅動的特點，負載擾動、電機參數變化等不確定因素直接作用在直線電機動子上，對控制器的設計提出了新的更高的要求。

為了實現高速度高精度直接驅動進給、定位系統，學者們提出了諸多控制策略，如采用自適應控制理論設計控制器，可以有效克服參數變化對系統的影響，但在參數變化較快、外部干擾頻率高的情況下則效果不佳。采用滑模變結構控制理論設計控制器，具有魯棒性強、實現簡單的優點，然而由于其控制作用的不連續性會導致抖振現象。把分數階微積分理論與滑模控制相結合，設計分數階滑模趨近律，可以使系統狀態平滑緩慢地收斂到原點，但同時增加了控制器參數選取的難度。采用模糊控制理論設計控制器，該方法不需對象數學模型、能充分運用控制專家的信息及具有相當魯棒性的優點，特別在系統存在不確定性因素的情況下，往往優于常規控制的效果，但模糊控制仍面臨模糊控制器參數須經反復試湊才能確定，缺少穩定性分析等系統化的分析和綜合方法的問題。采用模糊滑模控制理論設計控制器，該方法對系統的模型依賴程度小，能充分運用控制專家的信息及具有相當魯棒性的優點，減輕或避免了一般滑模控制的抖振現象，但是普通模糊滑模控制器的設計使用一型模糊系統，在實際應用中，因為系統結構的復雜不確定性邊界可能不容易獲得，一型模糊系統會顯得力不從心，在于它使用了由精確隸屬度函數表示的一型模糊集合，不能直接處理自身模糊規則的不確定性。

發明內容

發明目的

針對現有控制技術中存在的不足，本發明提供了一種永磁直線同步電機的二型模糊分數階滑模控制系統及方法，將滑模控制與分數階微積分理論、區間二型模糊系統相結合，可以有效地削弱滑模控制抖振現象，且對系統受到參數變化和外部擾動具有不變性，提高系統的魯棒性，其目的是解決以往所存在的問題。

技術方案：

本發明所設計的控制系統包括速度控制器以及整個系統的硬件部分。其中，所述速度控制器使用區間二型模糊分數階滑模控制設計。

區間二型模糊分數階滑模控制器設計包括如下幾部分：

1.建立分數階滑模面。定義系統跟蹤誤差為：e＝v^*-v，其中v^*和v分別為系統速度的給定值和實際值，建立如(1)式分數階PI^αD^α滑模面

其中k_p和k_i為非零正數；表示分數階微積分算子，當α(0＜α＜1)時表示分數階微分，則表示分數階積分。

2.設計滑模控制律為