[发明专利]永磁直线同步电机的二型模糊分数阶滑模控制系统及方法

说明书

永磁直线同步电机的二型模糊分数阶滑模控制系统及方法，所述控制技术根据永磁直线同步电机伺服系统给定速度信号和反馈速度信号相减得到误差量，以这个误差量设计分数阶滑模面，基于分数阶理论设计滑模控制切换项，并采用区间二型模糊控制器替换切换项中的增益与不连续函数乘积，根据Lyapunov函数验证系统是稳定的；设计中引入区间二型模糊控制器和分数阶滑模面，并采用基于分数阶微积分理论的切换项，可以有效降低抖振；同时解决了一型模糊系统模糊规则存在的不确定性问题，提高系统的鲁棒性，最终本发明方法实现了提高系统的鲁棒性，并削弱系统的抖振现象。

技术领域

本发明属于数控技术领域，特别涉及一种永磁直线同步电机的二型模糊分数阶滑模系统及方法。

技术背景

数控机床作为传统机器工业制造、重型加工产业的重要基础，随着社会的发展，对高速、高精度的数控加工技术提出了越来越高的要求。传统的数控机床的进给系统主要是“旋转电机 +滚珠丝杠”的形式，这种形式中间环节间的正反间隙、摩擦及弹性变形使系统的非线性误差增大，限制其很难达到高速度、高精度技术生产的要求。

直线电动机传动取消了中间机械传动机构,克服了传统驱动方式的中间传动环节带来的缺点，显著提高了机床的动态灵敏度、加工精度和可靠性，在高精度、快响应的微进给伺服系统中具有非常明显的优势。但由于其直接驱动的特点，负载扰动、电机参数变化等不确定因素直接作用在直线电机动子上，对控制器的设计提出了新的更高的要求。

为了实现高速度高精度直接驱动进给、定位系统，学者们提出了诸多控制策略，如采用自适应控制理论设计控制器，可以有效克服参数变化对系统的影响，但在参数变化较快、外部干扰频率高的情况下则效果不佳。采用滑模变结构控制理论设计控制器，具有鲁棒性强、实现简单的优点，然而由于其控制作用的不连续性会导致抖振现象。把分数阶微积分理论与滑模控制相结合，设计分数阶滑模趋近律，可以使系统状态平滑缓慢地收敛到原点，但同时增加了控制器参数选取的难度。采用模糊控制理论设计控制器，该方法不需对象数学模型、能充分运用控制专家的信息及具有相当鲁棒性的优点，特别在系统存在不确定性因素的情况下，往往优于常规控制的效果，但模糊控制仍面临模糊控制器参数须经反复试凑才能确定，缺少稳定性分析等系统化的分析和综合方法的问题。采用模糊滑模控制理论设计控制器，该方法对系统的模型依赖程度小，能充分运用控制专家的信息及具有相当鲁棒性的优点，减轻或避免了一般滑模控制的抖振现象，但是普通模糊滑模控制器的设计使用一型模糊系统，在实际应用中，因为系统结构的复杂不确定性边界可能不容易获得，一型模糊系统会显得力不从心，在于它使用了由精确隶属度函数表示的一型模糊集合，不能直接处理自身模糊规则的不确定性。

发明内容

发明目的

针对现有控制技术中存在的不足，本发明提供了一种永磁直线同步电机的二型模糊分数阶滑模控制系统及方法，将滑模控制与分数阶微积分理论、区间二型模糊系统相结合，可以有效地削弱滑模控制抖振现象，且对系统受到参数变化和外部扰动具有不变性，提高系统的鲁棒性，其目的是解决以往所存在的问题。

技术方案：

本发明所设计的控制系统包括速度控制器以及整个系统的硬件部分。其中，所述速度控制器使用区间二型模糊分数阶滑模控制设计。

区间二型模糊分数阶滑模控制器设计包括如下几部分：

1.建立分数阶滑模面。定义系统跟踪误差为：e＝v^*-v，其中v^*和v分别为系统速度的给定值和实际值，建立如(1)式分数阶PI^αD^α滑模面

其中k_p和k_i为非零正数；表示分数阶微积分算子，当α(0＜α＜1)时表示分数阶微分，则表示分数阶积分。

2.设计滑模控制律为