吉林大学学报(工学版) ›› 2021, Vol. 51 ›› Issue (6): 2295-2303.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200680

• 通信与控制工程 • 上一篇    

永磁直线同步电机自适应模糊分数阶滑模精密运动控制

魏东辉1(),汪霭廷1,计京鸿2,房俊龙1()   

  1. 1.东北农业大学 电气与信息学院，哈尔滨 150030
    2.哈尔滨华德学院，哈尔滨 150025
  • 收稿日期:2020-09-04 出版日期:2021-11-01 发布日期:2021-11-15
  • 通讯作者: 房俊龙 E-mail:weidonghui@neau.edu.cn;junlongfang@126.com
  • 作者简介:魏东辉（1981-），男，讲师，博士. 研究方向：电力系统自动化，伺服控制. E-mail：weidonghui@neau.edu.cn
  • 基金资助:
    哈尔滨市科技局项目(2017RAXXJ075)

Adaptive fuzzy fractional⁃order sliding mode precise motion control of permanent magnet linear synchronous motor

Dong-hui WEI1(),Ai-ting WANG1,Jing-hong JI2,Jun-long FANG1()   

  1. 1.College of Electrical and Information，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China
    2.Harbin Huade College，Harbin 150025，China
  • Received:2020-09-04 Online:2021-11-01 Published:2021-11-15
  • Contact: Jun-long FANG E-mail:weidonghui@neau.edu.cn;junlongfang@126.com

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摘要：

为解决永磁直线同步电机（PMLSM）伺服系统中存在不确定性而影响伺服精度的问题，本文提出了一种自适应模糊分数阶滑模控制（AFFOSMC）方法以保证PMLSM的动子位置精密跟随给定。首先，建立含有参数变化、外部扰动等不确定性的PMLSM数学模型。然后，设计分数阶滑模控制（FOSMC）方法以保证系统的鲁棒性。由于在实际应用中难以确定FOSMC的切换控制增益，因此采用AFFOSMC对系统的不确定性进行估计。同时，针对AFFOSMC的估计误差以及FOSMC中切换控制引起的抖振，设计自适应模糊到达调节器（AFRR）对其进行补偿。因此，在不需要不确定性边界信息的情况下，仍可实现伺服性能的进一步提高。最后，基于DSP的系统实验结果表明，本文AFFOSMC方法能够有效减弱参数变化和外部干扰等对系统造成的影响，提高系统的鲁棒性，并能精确跟踪响应。

关键词: 永磁直线同步电机, 分数阶, 模糊控制, 滑模控制

Abstract:

In order to solve the problem that the uncertainty in the servo system of Permanent Magnet Linear Synchronous Motor (PMLSM) affects the servo accuracy, an Adaptive Fuzzy Fractional Order Sliding Mode Control (AFFOSMC) method was proposed to ensure that the actuator position of the PMLSM follows the given position precisely. Firstly, the mathematical model of PMLSM with the uncertainty of parameter change and external disturbance was established. Then, Fractional Order Sliding Mode Control (FOSMC) was designed to ensure the robustness of the system. Because it was difficult to determine the switching control gain of FOSMC in application, AFFOSMC was used to estimate the uncertainty of the system. At the same time, an Adaptive Fuzzy Reaching Regulator (AFRR) was designed to compensate the estimation error of AFFOSMC. Therefore, the chattering can be further weakened and the performance can be improved without the uncertain boundary information. Finally, experiments show that the proposed AFFOSMC method can effectively reduce the impact of parameter changes and external disturbances on the system, improve the robust control performance and accurate tracking response of the system.

Key words: permanent magnet linear synchronous motor, fractional-order, fuzzy control, sliding mode control

中图分类号: 

  • TM351

图1

基于AFFOSMC的PMLSM系统控制总体框图"

图2

FOSMC控制框图"

图3

高斯隶属函数"

图4

基于AFFOSMC的PMLSM控制系统框图"

图5

PMLSM控制系统平台"

表1

PMLSM主要参数"

参 数数值
定子电阻/Ω3
d、q轴电感/mH31
极对数2
黏性摩擦因数/（N·s·m-1）0.4
动子质量/kg1.2

图6

标称状态下FOSMC实验曲线"

图7

标称状态下AFFOSMC实验曲线"

图8

负载变化曲线"

图9

负载扰动条件下位置跟踪误差曲线"

图10

正弦信号下FOSMC实验曲线"

图11

正弦信号下FOSMC-RBFNN实验曲线"

图12

正弦信号下AFFOSMC实验曲线"

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