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申请/专利权人：沈阳工业大学

摘要：本发明公开了基于分数阶双曲正切开关函数的PMLSM伺服系统控制方法，其控制方法根据永磁直线同步电机伺服系统给定位置信号和反馈位置信号相减得到误差量，以这个误差量设计非奇异快速终端滑模面，基于分数阶双曲正切开关函数设计滑模控制切换项，根据Lyapunov函数验证系统是稳定的。本发明能使系统状态在有限时间内收敛到稳定状态，避免奇异问题。针对滑模控制中抖振问题，在该控制方法中引入基于分数阶双曲正切开关函数切换律，即用新的函数时变函数—分数阶双曲正切开关函数代替传统符号函数。硬件系统包括主电路、控制电路、控制对象。

主权项：1.基于分数阶双曲正切开关函数的PMLSM伺服系统控制方法，伺服系统包括：主电路：三相交流电源、整流滤波电路、IPM逆变电路；控制电路：DSP处理器、位置和速度检测电路、电流检测电路、IPM隔离保护驱动电路、霍尔传感器；控制对象：光栅尺、PMLSM；三相交流电源连接整流滤波电路，整流滤波电路连接IPM逆变单元，IPM逆变单元连接三相永磁直线同步电机；DSP的QEP端口连接位置和速度检测电路，DSP的ADC端口连接电流检测电路，DSP的PWM端口和PDPINT端口连接IPM隔离保护驱动电路，IPM隔离保护驱动电路连接IPM逆变单元；其特征在于：所述控制方法根据永磁直线同步电机伺服系统给定位置信号和反馈位置信号相减得到误差量，以这个误差量设计非奇异快速终端滑模面，基于分数阶双曲正切开关函数设计滑模控制切换项，根据Lyapunov函数验证系统是稳定的；该控制方法包括以下步骤：步骤1：给定PMLSM位置输入信号；步骤2：PMLSM控制系统运行过程中实时进行电流采样和位置采样；步骤3：利用步骤2中计算出的数据，采用基于分数阶双曲正切开关函数的非奇异快速终端滑模控制算法调整PMLSM动子的位置信号，抑制系统的不确定影响；该滑模控制方法采用基于分数阶双曲正切开关函数切换律，利用分数阶双曲正切开关函数性质去减弱系统抖振，同时提高系统跟踪精度和增强系统的鲁棒性；最终计算得出电机的控制信号，即PMLSM的控制电流；步骤4：DSP处理器根据当前时刻的电流采样数据和位置采样数据生成对PMLSM进行位置控制的信号；通过IPM隔离保护驱动电路将DSP处理器输出的PWM信号转换成驱动信号，固定的220V三相交流电经整流电路后，变为稳定的直流电送至IPM逆变电路，IPM逆变电路根据DSP处理器产生的六路PWM脉冲信号来控制IPM逆变电路中六个IGBT的导通与关断，得到满足需要的三相交流电，送至PMLSM进行控制，实现PMLSM伺服系统的控制；步骤3-1：建立永磁直线同步电机数学模型：PMLSM在d-q坐标系下的等效旋转数学模型如下： 式中，ud，uq为永磁直线同步电机动子在d轴和q轴电压；Rs为初级绕组的等效电阻；id，iq分别为d、q轴电流；Ld，Lq分别为d轴和q轴电感；τ为永磁体极距；v为电机的动子速度；ψf为永磁体磁链；D＝ddt；对PMLSM伺服系统进行矢量控制，取id＝0，电磁推力方程简化为： np为极对数； 式中，kf为电磁推力系数；PMLSM的机械运动方程为： 式中，M为PMLSM的动子质量；D为粘滞摩擦因数；F为非线性扰动；不考虑扰动时，动态方程为： 式中，dt为动子位置；为动子速度；An＝-DM；Bn＝kfM；u＝iq为系统的控制器输出；考虑扰动时，动态方程为： 式中Cn＝-1M；ΔAn、ΔBn和ΔCn分别为系统参数的不确定性；H为集总不确定性和，表示为： 假设H有界，即|H|≤η，η为集总不确定性和H的上界，为一正常数；步骤3-2：根据步骤2中检测的PMLSM实际位置信号与给定的PMLSM位置信号作差，得到系统跟踪误差e1为：e1＝dt-dmt9系统跟踪误差的一阶导为： 式中，dt为动子位置，dmt为给定位置；步骤3-3：基于分数阶双曲正切开关函数的非奇异快速终端滑模控制器设计；包括滑模面设计，等效控制律设计，基于分数阶双曲正切开关函数的切换控制律设计；步骤3-3-1：非奇异快速终端滑模面的设计： 其中参数k1＞0，k2＞0，1＜λ2＜2，λ1＞λ2，e1为系统跟踪误差，e2为系统跟踪误差的一阶导；sign·为符号函数，设计为： 步骤3-3-2：等效控制律设计；对st求导得： 在考虑不确定性情况下，公式13可以改写为： 令则等效控制律为： 步骤3-3-3：基于分数阶双曲正切开关函数切换律设计；分数阶微积分算子表示为为其中t0和t分别是分数阶微积分算子的下限和上限，α则是分数阶微积分算子的阶次，把分数阶微分和积分结合起来表示形式如下： 分数阶积分Riemann-Liouville设计为： 双曲正切开关函数设计为： 分数阶双曲正切开关函数设计为： 式中，α为分数阶积分阶次，为任意实数；[0,t]为分数阶积分区间；为Gamma函数；为正常数，基于分数阶双曲正切开关函数的切换律设计为： 式中，η为正常数；s表示滑模面st；步骤3-3-4：控制器设计：为保证系统的稳定性，根据等效控制律和基于分数阶双曲正切开关函数的切换律，控制器设计为： 式中，An＝-DM；Bn＝kfM；u＝iq为系统的控制器输出；步骤3-3-5：编写基于分数阶双曲正切开关函数的PMLSM非奇异快速终端滑模控制律实现的DSP程序部分。

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百度查询： 沈阳工业大学 基于分数阶双曲正切开关函数的PMLSM伺服系统控制方法