[發明專利]用于直線電機平臺輪廓跟蹤的離散分數階滑模控制方法

有效

• 申請號: 202110572879.7
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113296409B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 孫光輝;李曉磊;匡治安;姚蔚然;劉健行
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

1.用于直線電機平臺輪廓跟蹤的離散分數階滑模控制方法，其特征在于，所述方法具體包括以下步驟：

步驟一、針對直線電機平臺系統建立離散化的直線電機平臺系統模型；

設置離散分數階滑模控制方法的采樣間隔為h，獲取采樣時間為t＝kh，k為采樣時刻；并初始化直線電機平臺系統在k時刻的參考輪廓位置P_r(k)＝[p_r1(k),p_r2(k),…,p_rn(k)]^T，其中p_ri(k)代表直線電機平臺系統第i個運動軸在k時刻的參考位置，i＝1,…,n，n為運動軸的個數，初始化直線電機平臺系統的總控制周期T，k＝1,2,…,T；

步驟二、通過采樣獲取直線電機平臺系統在k時刻的實際輪廓位置P(k)＝[p₁(k),p₂(k),...,p_n(k)]^T與實際輪廓速度V(k)＝[v₁(k),v₂(k),...,v_n(k)]^T，其中p_i(k)和v_i(k)分別代表直線電機平臺系統第i個運動軸在k時刻的實際位置和實際速度；

步驟三、根據直線電機平臺系統在k時刻的實際輪廓位置、參考輪廓位置以及實際輪廓速度，計算直線電機平臺系統在k時刻的輪廓位置誤差和輪廓速度誤差；

步驟四、根據步驟三計算出的輪廓位置誤差和輪廓速度誤差，設計離散分數階滑模面；

所述步驟四的具體過程為：

其中，S(k)為離散分數階滑模面，c_i＞0，i＝1,2,3，Δ^α-1(·)為離散分數階算子，0＜α＜1，sig(·)^β＝|·|^βsgn(·)，0＜β＜1；

其中，系數之和表示為

步驟五、根據步驟四設計的離散分數階滑模面，計算相鄰時刻滑動模態的誤差項ΔS(k)；

步驟六、令誤差項ΔS(k)＝0，并結合建立的離散化的直線電機平臺系統模型，計算出離散分數階滑模控制方法的等效控制率；

所述離散分數階滑模控制方法的等效控制率為：

其中，u_eq(k)為等效控制率，ΔV_r(k)＝V_r(k+1)-V_r(k)，V_r(k+1)為k+1時刻的參考輪廓速度，

步驟七、根據設計的離散分數階滑模面，提出基于終端滑模形式的切換控制率；

所述切換控制率為：

u_sw(k)＝-Ψ{c₄S³(k)+c₅sig[S(k)]^γ}

其中，u_sw(k)為切換控制率，c₄,c₅＞0，0＜γ＜1；

步驟八、根據等效控制率和切換控制率，得出離散分數階滑模控制方法的控制輸出u(k)；

步驟九、將控制輸出u(k)代入離散化的直線電機平臺系統模型，獲得直線電機平臺在k時刻基于離散分數階滑模控制的輪廓位置及輪廓速度；

判斷直線電機平臺系統是否完成T個控制周期的輪廓跟蹤，若是，則結束跟蹤控制過程，反之，令k＝k+1，并返回步驟二，直至直線電機平臺系統完成T個控制周期的輪廓跟蹤。