[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

用于直線電機平臺輪廓跟蹤的離散分數階滑模控制方法，它屬于直線電機平臺輪廓跟蹤控制技術領域。本發明解決了傳統連續時間控制方法與數字處理器不適配，且控制過程不穩定以及控制精度低的問題。本發明考慮到直線電機平臺運動時所產生的庫倫摩擦和粘性摩擦，設計了離散的分數階滑模輪廓跟蹤控制方法，得益于分數階微積分的歷史記憶效應，所設計控制方法的輸出響應快速且平滑，能夠獲得更好的輪廓跟蹤控制效果和更高的控制精度。且本發明方法適合直接應用于數字處理器，能夠避免抖振對輪廓跟蹤的影響，獲得更穩定的控制效果。本發明可以應用于對直線電機平臺的輪廓跟蹤。

技術領域

本發明涉及現代化工業控制與高精密加工的直線電機平臺輪廓跟蹤控制技術領域，具體涉及一種用于直線電機平臺輪廓跟蹤的離散分數階滑模控制方法。

背景技術

在現代化工業控制和高精密加工領域，直線電機以其高速、高精度和大推力等優點在近年來獲得了廣泛的關注。直線電機沒有如永磁伺服電機的內部磁場間隙，不依靠皮帶、絲杠及傳動軸齒輪等機械傳動機構，所以其運行過程更加平穩且可靠性高、壽命長。直線電機采用了直驅的方式，顯著地減少了死區、摩擦等非線性因素影響。因此直線電機平臺系統具有結構簡單、定位精度高、響應速度快、安全可靠、推力穩定等特點，目前已廣泛應用于列車推進、飛機發射系統、工業龍門架等領域。

傳統直線電機平臺系統大多采用連續時間的控制方法實現輪廓跟蹤控制，但在工程實際中，直線電機平臺系統屬于數字控制系統，因此存在連續時間控制方法與數字處理器不適配的問題，就需要進一步離散化的操作，這將可能導致實際系統中抖振、周期震蕩甚至控制失敗等現象。此外，在平臺進行高速輪廓跟蹤時，傳統控制方法的控制過程不夠穩定、控制精度低，且控制過程的超調和振蕩會增加額外的控制成本。當考慮到工程實際中的干擾和不確定性等因素時，這一問題將會更加突出。

發明內容

本發明的目的是為解決傳統連續時間控制方法與數字處理器不適配，且控制過程不穩定以及控制精度低的問題，而提出一種用于直線電機平臺輪廓跟蹤的離散分數階滑模控制方法。

本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案是：

一種用于直線電機平臺輪廓跟蹤的離散分數階滑模控制方法，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；

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)；