[发明专利]一种基于T-S模糊滑模控制的步进电机抗干扰系统

说明书

一种基于T‑S模糊滑模控制的步进电机抗干扰系统，属于电力系统技术领域，包括如下步骤，步骤一：设置两相混合式步进电机在自然坐标下的模型；步骤二：对自然坐标下的步进电机模型进行解耦：对模型进行d‑q同步旋转坐标轴变换；步骤三：建立两相混合式步进电机的T‑S模糊模型；步骤四：针对T‑S模糊模型进行变换和变量分解，选取合适的滑模面，建立适当的滑模函数确定滑动模型；步骤五:设计滑模控制律。本发明在模糊控制的基础上结合滑模控制，来提高控制系统的鲁棒性，保证步进电机的运行精确度。

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种基于T-S模糊滑模控制的步进电机抗干扰系统。

背景技术

近年来,随着电力系统及新能源领域的迅速发展,步进电机的控制策略和抗干扰系统的研究日益成为步进电机技术发展的重要问题。步进电机是一种受电脉冲信号控制的无刷式直流电动机,是在一定频率范围内转速与控制脉冲频率同步的同步电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。由于步进电机对脉冲频率反应较为灵敏，因此步进电机相较普通电机而言具有更强的耦合性，并且步进电机系统是一个具有高阶多变量的非线性系统，为了消除步进电机的干扰问题，研究人员针对步进电机的控制系统应用了大量控制算法和方法，如PID控制、自适应控制、模糊控制、变结构控制等。其中PID控制因其结构简单、鲁棒性强、可靠性高等优点被广泛应用于步进电机中，但对于系统中的不确定项却不能灵敏的应对。针对步进电机系统的特点，采用T-S模糊模型与滑模控制相结合可较好地对干扰进行补偿以消除其所带来的影响。

模糊滑模控制(FSMC)是一种将模糊控制和滑模控制相结合的控制方法，它是在不确定环境下，对于复杂对象进行有效控制的一种智能控制方法。它不依赖系统的模型，而且对干扰具有良好的鲁棒性，同时保持了模糊控制和滑模控制的优点。在模糊滑模控制中，用滑模控制来克服系统模型不精确和扰动的影响，以及降低系统的阶数；而用模糊控制来实时估计系统不确定量的边界值以消除抖动和逼近不确定系统。模糊滑模控制器不但保持了滑模控制对参数摄动和干扰不灵敏的特点,而且控制性能平滑,模糊规则也少,把滑模变结构控制与模糊控制相结合可以综合二者的优点，可以削弱了抖振现象，同时保证了模糊系统的稳定性。

T-S模糊模型，也称为Sugeno的T-S模糊模型，实际上是一个模糊动态模型。该模型是利用一组模糊规则，用模糊隶属函数平滑连接的一组局部线性模型来描述全局非线性系统。这种模糊建模方法提供了描述复杂非线性系统的替代方法，大大减少了高阶非线性系统建模的规则数量。因此，T-S模糊模型比其他模糊模型更不容易受到维数的限制。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种基于T-S模糊滑模控制的步进电机抗干扰系统，通过建立步进电机的T-S模糊模型，将高阶多变量非线性系统逼近为多阶分段的线性系统，再建立滑模函数确定滑模面，并且利用线性矩阵不等式及建立李雅普诺夫函数方式来验证系统的稳定性的一系列方式来消除步进电机控制系统中的不确定项对系统的干扰。将两相混合式步进电机控制系统作为研究对象，提供一种基于T-S模糊滑模的步进电机抗干扰系统控制方法，在模糊控制的基础上结合滑模控制，来提高控制系统的鲁棒性，保证步进电机的运行精确度。

为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于T-S模糊滑模控制的步进电机抗干扰系统，包括如下步骤，步骤一：根据两相混合式步进电机的工作原理及结构，可得到步进电机在自然坐标下的数学模型如下：