[发明专利]用于直线电机平台轮廓跟踪的离散分数阶滑模控制方法

说明书

用于直线电机平台轮廓跟踪的离散分数阶滑模控制方法，它属于直线电机平台轮廓跟踪控制技术领域。本发明解决了传统连续时间控制方法与数字处理器不适配，且控制过程不稳定以及控制精度低的问题。本发明考虑到直线电机平台运动时所产生的库伦摩擦和粘性摩擦，设计了离散的分数阶滑模轮廓跟踪控制方法，得益于分数阶微积分的历史记忆效应，所设计控制方法的输出响应快速且平滑，能够获得更好的轮廓跟踪控制效果和更高的控制精度。且本发明方法适合直接应用于数字处理器，能够避免抖振对轮廓跟踪的影响，获得更稳定的控制效果。本发明可以应用于对直线电机平台的轮廓跟踪。

技术领域

本发明涉及现代化工业控制与高精密加工的直线电机平台轮廓跟踪控制技术领域，具体涉及一种用于直线电机平台轮廓跟踪的离散分数阶滑模控制方法。

背景技术

在现代化工业控制和高精密加工领域，直线电机以其高速、高精度和大推力等优点在近年来获得了广泛的关注。直线电机没有如永磁伺服电机的内部磁场间隙，不依靠皮带、丝杠及传动轴齿轮等机械传动机构，所以其运行过程更加平稳且可靠性高、寿命长。直线电机采用了直驱的方式，显著地减少了死区、摩擦等非线性因素影响。因此直线电机平台系统具有结构简单、定位精度高、响应速度快、安全可靠、推力稳定等特点，目前已广泛应用于列车推进、飞机发射系统、工业龙门架等领域。

传统直线电机平台系统大多采用连续时间的控制方法实现轮廓跟踪控制，但在工程实际中，直线电机平台系统属于数字控制系统，因此存在连续时间控制方法与数字处理器不适配的问题，就需要进一步离散化的操作，这将可能导致实际系统中抖振、周期震荡甚至控制失败等现象。此外，在平台进行高速轮廓跟踪时，传统控制方法的控制过程不够稳定、控制精度低，且控制过程的超调和振荡会增加额外的控制成本。当考虑到工程实际中的干扰和不确定性等因素时，这一问题将会更加突出。

发明内容

本发明的目的是为解决传统连续时间控制方法与数字处理器不适配，且控制过程不稳定以及控制精度低的问题，而提出一种用于直线电机平台轮廓跟踪的离散分数阶滑模控制方法。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

一种用于直线电机平台轮廓跟踪的离散分数阶滑模控制方法，所述方法具体包括以下步骤：

步骤一、针对直线电机平台系统建立离散化的直线电机平台系统模型；

设置离散分数阶滑模控制方法的采样间隔为h，获取采样时间为t＝kh，k为采样时刻；并初始化直线电机平台系统在k时刻的参考轮廓位置P_r(k)＝[p_r1(k),p_r2(k),...,p_rn(k)]^T，其中p_ri(k)代表直线电机平台系统第i个运动轴在k时刻的参考位置，i＝1,...,n，n为运动轴的个数，初始化直线电机平台系统的总控制周期T，k＝1,2,...,T；

步骤二、通过采样获取直线电机平台系统在k时刻的实际轮廓位置P(k)＝[p₁(k),p₂(k),...,p_n(k)]^T与实际轮廓速度V(k)＝[v₁(k),v₂(k),...,v_n(k)]^T，其中p_i(k)和v_i(k)分别代表直线电机平台系统第i个运动轴在k时刻的实际位置和实际速度；

步骤三、根据直线电机平台系统在k时刻的实际轮廓位置、参考轮廓位置以及实际轮廓速度，计算直线电机平台系统在k时刻的轮廓位置误差和轮廓速度误差；

步骤四、根据步骤三计算出的轮廓位置误差和轮廓速度误差，设计离散分数阶滑模面；

步骤五、根据步骤四设计的离散分数阶滑模面，计算相邻时刻滑动模态的误差项ΔS(k)；