本發(fā)明屬于數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種永磁直線同步電機的二型模糊分數(shù)階滑模系統(tǒng)及方法。

技術(shù)背景

數(shù)控機床作為傳統(tǒng)機器工業(yè)制造、重型加工產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)，隨著社會的發(fā)展，對高速、高精度的數(shù)控加工技術(shù)提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的數(shù)控機床的進給系統(tǒng)主要是“旋轉(zhuǎn)電機+滾珠絲杠”的形式，這種形式中間環(huán)節(jié)間的正反間隙、摩擦及彈性變形使系統(tǒng)的非線性誤差增大，限制其很難達到高速度、高精度技術(shù)生產(chǎn)的要求。

直線電動機傳動取消了中間機械傳動機構(gòu),克服了傳統(tǒng)驅(qū)動方式的中間傳動環(huán)節(jié)帶來的缺點，顯著提高了機床的動態(tài)靈敏度、加工精度和可靠性，在高精度、快響應(yīng)的微進給伺服系統(tǒng)中具有非常明顯的優(yōu)勢。但由于其直接驅(qū)動的特點，負載擾動、電機參數(shù)變化等不確定因素直接作用在直線電機動子上，對控制器的設(shè)計提出了新的更高的要求。

為了實現(xiàn)高速度高精度直接驅(qū)動進給、定位系統(tǒng)，學者們提出了諸多控制策略，如采用自適應(yīng)控制理論設(shè)計控制器，可以有效克服參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響，但在參數(shù)變化較快、外部干擾頻率高的情況下則效果不佳。采用滑模變結(jié)構(gòu)控制理論設(shè)計控制器，具有魯棒性強、實現(xiàn)簡單的優(yōu)點，然而由于其控制作用的不連續(xù)性會導(dǎo)致抖振現(xiàn)象。把分數(shù)階微積分理論與滑?？刂葡嘟Y(jié)合，設(shè)計分數(shù)階滑模趨近律，可以使系統(tǒng)狀態(tài)平滑緩慢地收斂到原點，但同時增加了控制器參數(shù)選取的難度。采用模糊控制理論設(shè)計控制器，該方法不需對象數(shù)學模型、能充分運用控制專家的信息及具有相當魯棒性的優(yōu)點，特別在系統(tǒng)存在不確定性因素的情況下，往往優(yōu)于常規(guī)控制的效果，但模糊控制仍面臨模糊控制器參數(shù)須經(jīng)反復(fù)試湊才能確定，缺少穩(wěn)定性分析等系統(tǒng)化的分析和綜合方法的問題。采用模糊滑模控制理論設(shè)計控制器，該方法對系統(tǒng)的模型依賴程度小，能充分運用控制專家的信息及具有相當魯棒性的優(yōu)點，減輕或避免了一般滑?？刂频亩墩瘳F(xiàn)象，但是普通模糊滑?？刂破鞯脑O(shè)計使用一型模糊系統(tǒng)，在實際應(yīng)用中，因為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜不確定性邊界可能不容易獲得，一型模糊系統(tǒng)會顯得力不從心，在于它使用了由精確隸屬度函數(shù)表示的一型模糊集合，不能直接處理自身模糊規(guī)則的不確定性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的

針對現(xiàn)有控制技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種永磁直線同步電機的二型模糊分數(shù)階滑模控制系統(tǒng)及方法，將滑?？刂婆c分數(shù)階微積分理論、區(qū)間二型模糊系統(tǒng)相結(jié)合，可以有效地削弱滑?？刂贫墩瘳F(xiàn)象，且對系統(tǒng)受到參數(shù)變化和外部擾動具有不變性，提高系統(tǒng)的魯棒性，其目的是解決以往所存在的問題。

技術(shù)方案：

本發(fā)明所設(shè)計的控制系統(tǒng)包括速度控制器以及整個系統(tǒng)的硬件部分。其中，所述速度控制器使用區(qū)間二型模糊分數(shù)階滑?？刂圃O(shè)計。

區(qū)間二型模糊分數(shù)階滑模控制器設(shè)計包括如下幾部分：

1.建立分數(shù)階滑模面。定義系統(tǒng)跟蹤誤差為：e＝v^*-v，其中v^*和v分別為系統(tǒng)速度的給定值和實際值，建立如(1)式分數(shù)階pi^αd^α滑模面

其中kp和ki為非零正數(shù)；表示分數(shù)階微積分算子，當α(0＜α＜1)時表示分數(shù)階微分，則表示分數(shù)階積分。

2.設(shè)計滑模控制律為

u＝ueq+usw(2)

其中，ueq為等效控制項，由確定，可求得表達式為：

式中，m為直線電機動子的質(zhì)量，kf為電磁推力系數(shù)，bv為粘滯摩擦因數(shù)，e＝v^*-v為系統(tǒng)速度跟蹤誤差，其中v^*和v分別為系統(tǒng)速度的給定值和實際值。

式(2)中usw為切換控制項，計算表達式如下：

其中，ks為負的常值，s為滑模面。

將等效控制項ueq和切換控制項usw代入式(2)中，則有：

由于滑?？刂魄袚Q項影響著系統(tǒng)的控制性能，如果切換項中的ks的絕對值取值過大，系統(tǒng)存在較大抖振；反之，系統(tǒng)的魯棒性降低。由于永磁直線同步電機伺服系統(tǒng)易受不確定因素的擾動，且擾動不易測量，本發(fā)明采用區(qū)間二型模糊控制器替換(4)式中kssgn(s)項，區(qū)間二型模糊控制器輸入為式(1)定義的滑模面s，輸出為δu，則(4)式為

將上述控制方法嵌入dsp控制電路中實現(xiàn)對永磁直線同步電機伺服系統(tǒng)的速度控制。

3.本發(fā)明所設(shè)計的二型模糊分數(shù)階滑模控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)包括主電路、控制電路和控制對象三部分；控制電路包括dsp、位置和速度檢測電路、電流檢測電路、光耦隔離電路、驅(qū)動電路及故障檢測和保護電路；主電路包括調(diào)壓電路、整流濾波單元和ipm逆變單元；控制對象為三相永磁直線同步電機，機身裝有光柵尺。dsp的sci端口連接上位機，dsp的spi端口連接顯示電路，dsp的gpio端口連接i/o接口電路；故障檢測和保護電路連接控制電源。dsp采用tms320f28335處理器。

4.本發(fā)明方法最終由嵌入dsp處理器中的控制程序?qū)崿F(xiàn)，具體步驟如下：

步驟1系統(tǒng)初始化；

步驟2dsp系統(tǒng)初始化；

步驟3初始化寄存器和變量；

步驟4初始化中斷向量；

步驟5開中斷；

步驟6是否結(jié)束運行？是則進行步驟9；

步驟7是否有通用定時器下溢中斷產(chǎn)生，否則進行步驟6；

步驟8執(zhí)行t1中斷處理子控制程序；進行步驟6；

步驟9保存數(shù)據(jù)；

步驟10關(guān)中斷；

步驟11結(jié)束。

其中上述步驟8的t1中斷處理子控制程序按以下步驟：

步驟1保護現(xiàn)場；

步驟2讀取編碼器值，得到電角度；

步驟3電流采樣；

步驟3clark變換；

步驟5park變換；

步驟6判斷是否需要速度調(diào)節(jié)；否則進入步驟8；

步驟7調(diào)用速度調(diào)節(jié)處理子控制程序；

步驟8dq軸電流調(diào)節(jié)；

步驟9park逆變換；

步驟10svpwm輸出；

步驟11恢復(fù)現(xiàn)場；

步驟12中斷返回。

其中上述步驟7的速度調(diào)節(jié)中斷處理子控制程序按以下步驟：

步驟1速度調(diào)節(jié)中斷子控制程序開始；

步驟2讀取編碼器值；

步驟3角度計算；

步驟4速度計算；

步驟5計算速度反饋誤差；

步驟6設(shè)定二型模糊分數(shù)階滑模變結(jié)構(gòu)初始工況參數(shù)；

步驟7判斷是否已經(jīng)在預(yù)設(shè)滑模面上；是則進行步驟9；

步驟8計算usw；

步驟9計算ueq；

步驟10計算電流命令并輸出，即區(qū)間二型模糊分數(shù)階滑?？刂坡蓇＝ueq+usw；

步驟11中斷返回；

本發(fā)明的優(yōu)點在于：針對永磁直線同步電機(pmlsm)伺服系統(tǒng)，本發(fā)明提出一種永磁直線同步電機的二型模糊分數(shù)階滑?？刂葡到y(tǒng)及方法；設(shè)計中引入?yún)^(qū)間二型模糊控制器和分數(shù)階滑模面，并采用基于分數(shù)階微積分理論的切換項，可以有效降低抖振；同時解決了一型模糊系統(tǒng)模糊規(guī)則存在的不確定性問題，提高系統(tǒng)的魯棒性，最終本發(fā)明方法實現(xiàn)了提高系統(tǒng)的魯棒性，并削弱系統(tǒng)的抖振現(xiàn)象。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的二型模糊分數(shù)階滑模控制永磁同步直線伺服系統(tǒng)框圖。

圖2為帶有不確定中心值的區(qū)間二型模糊集。

圖3為區(qū)間二型模糊邏輯系統(tǒng)框圖。

圖4為本實現(xiàn)發(fā)明的控制系統(tǒng)硬件原理圖。

圖5為二型模糊分數(shù)階滑?？刂栖浖崿F(xiàn)主流程圖。

圖6為電流環(huán)實現(xiàn)程序流程圖(即t1中斷處理子控制程序流程圖)。

圖7為速度調(diào)節(jié)處理子控制程序流程圖。

圖8(a)電機驅(qū)動系統(tǒng)主電路原理圖。

圖8(b)a、b相電流采樣電路原理圖。

圖8(c)光柵尺信號采樣電路原理圖。

圖9為區(qū)間二型模糊控制器輸入s的隸屬函數(shù)。

圖10為區(qū)間二型模糊控制器輸出δu的隸屬函數(shù)。

圖11為一型模糊滑模和二型模糊分數(shù)階滑?？刂葡到y(tǒng)的速度階躍響應(yīng)對比試驗曲線。

圖12為二型模糊分數(shù)階滑?？刂破鞯妮敵鼋惠S電流iq試驗曲線。

圖13為使用二型模糊分數(shù)階滑模控制器的系統(tǒng)參數(shù)變化前后速度階躍響應(yīng)曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明：

圖1為永磁直線同步電機的二型模糊分數(shù)階滑模控制系統(tǒng)的原理框圖，其中v^*為系統(tǒng)速度的給定值，d是外加擾動，系統(tǒng)跟蹤誤差為e＝v^*-v。

實現(xiàn)本發(fā)明的主要步驟如下：

步驟一：建立永磁直線同步電機的數(shù)學模型

永磁直線同步電機的d-q軸模型如下

式中

式中，ωr＝πv/τ，v為動子線速度；ud、uq、id、iq、ld、lq、ψd、ψq分別為d-q軸電壓、電流、電感、磁鏈；rs為動子電阻；ψf為永磁體在動子繞組直軸上的磁鏈分量；τ為極距。

永磁直線同步電機的電磁推力表達式為

由于面裝式永磁直線同步電機中l(wèi)d＝lq，則(9)可表示為

式中：pn為極對數(shù)，kf為電磁推力系數(shù)。

永磁同步直線電機的機械運動方程為

式中：l為動子位移；m為動子和所帶負載總質(zhì)量；bv為粘滯摩擦因數(shù)；d(t)為外部干擾，d(t)＝ffric+frip+fl，ffric為摩擦力，其表達式v為動子線速度；為端部效應(yīng)產(chǎn)生的推力波動，fripplem＝40為端部效應(yīng)產(chǎn)生的推力波動的幅值，θ0為初始相位電角度，設(shè)為0。l為動子位移，τ為極距；fl為負載阻力。

令狀態(tài)量x＝[xlx2]^t＝[lv]^t，u＝iq為輸入控制量，由式(11)可得永磁同步直線電機狀態(tài)方程為

步驟二：分數(shù)階pi^αd^α滑模面的設(shè)計

定義：分數(shù)階微積分算子表示為t0、t為算子的上下限；連續(xù)可積分函數(shù)f(t)的(rl型)riemann-liouville分數(shù)階微積分定義為

式中：m為整數(shù)，且m-1<α<m，t>t0；τ表示函數(shù)f(t)在[t0，t]范圍內(nèi)的任意值；gamma函數(shù)γ(·)定義為其中z在復(fù)平面的右半平面取值，即re(z)＞0。t表示函數(shù)γ(·)在[0，∞]的任意值。。

為解決不能直接精確計算出函數(shù)的分數(shù)階微積分的值，本發(fā)明采用整數(shù)階oustaloup濾波器來逼近分數(shù)階微分算子d^α。該濾波器的傳遞函數(shù)如下

其中，g(s)為復(fù)變函數(shù)，k∈[-n,n],n為濾波器階數(shù),(ωb,ωh)為給定的濾波頻率區(qū)間，α為分數(shù)階微積分的階次。

設(shè)計如下式所示的分數(shù)階pi^αd^α滑模面

其中，kp和ki是非零正常數(shù)；表示分數(shù)階微積分算子，當α(0＜α＜1)時表示分數(shù)階微分，則表示分數(shù)階積分；e為系統(tǒng)速度跟蹤誤差。

步驟三：設(shè)計滑?？刂坡蔀?/p>

u＝ueq+usw(16)

其中，usw為滑模控制的切換項；ueq為滑?？刂频牡刃Э刂撇糠?，由滑模面s的導(dǎo)數(shù)確定，則

其中，為系統(tǒng)跟蹤誤差的導(dǎo)數(shù)。

由分別為動子給定速度v^*和動子輸出速度v的導(dǎo)數(shù)，結(jié)合式(12)和式(18)，可得

其中，m為動子質(zhì)量；kf為永磁同步直線電機的電磁推力系數(shù)；bv為粘滯摩擦因數(shù)。

定義切換控制項s為式(15)的滑模面，ks為負的常值。

則式(19)變?yōu)?/p>

步驟四：由于滑?？刂魄袚Q項影響著系統(tǒng)的控制性能，如果切換項中的ks的絕對值取值過大，系統(tǒng)存在較大抖振；反之，系統(tǒng)的魯棒性降低。由于永磁直線同步電機伺服系統(tǒng)易受不確定因素的擾動，且擾動不易測量，本發(fā)明采用區(qū)間二型模糊控制器替換(20)式中kssgn(s)項，區(qū)間二型模糊控制器輸入為式(15)中的滑模面s，輸出為δu。

圖2為本發(fā)明使用的帶有不確定中心值的區(qū)間二型模糊集，區(qū)間二型模糊高斯隸屬函數(shù)由一型模糊高斯隸屬函數(shù)的可調(diào)整不確定中心值與標準偏差值構(gòu)成，x為區(qū)間二型模糊系統(tǒng)的輸入，則帶有可調(diào)整不確定中心值[m1,m2]與可調(diào)整標準方差σ的區(qū)間二型高斯隸屬函數(shù)如下式

從圖2可以看出，區(qū)間二型模糊集是一個域，該域描述隸屬度函數(shù)不確定性的一種模糊集合，且以傳統(tǒng)的模糊隸屬函數(shù)為約束界，域的上界用umf表示，域的下界用lmf表示，此域稱為不確定域(foot-printofuncertain，fou)，如圖2灰色部分。區(qū)間二型模糊隸屬函數(shù)的umf和lmf分別用表示，為圖2中的μ2、μ1。

區(qū)間二型模糊邏輯系統(tǒng)如圖3所示，與一型模糊邏輯系統(tǒng)相似，包括模糊器、規(guī)則庫、推理機、降型器以及解模糊器五部分，但是模糊邏輯系統(tǒng)的前后件由區(qū)間二型模糊集來代替。本發(fā)明采用mamdani型區(qū)間二型模糊系統(tǒng)，本發(fā)明使用的區(qū)間二型模糊系統(tǒng)由if-then形式的模糊規(guī)則構(gòu)成：

其中，s為式(15)中的滑模面，為區(qū)間二型模糊系統(tǒng)的輸入；y為區(qū)間二型模糊系統(tǒng)的輸出，是規(guī)則前件集合，是規(guī)則后件集合；i＝1，2，…，w是模糊規(guī)則數(shù)，w為正的常數(shù)。其模糊規(guī)則前、后件集合均是區(qū)間二型模糊集合?；诔藱C推理機、單值模糊器，經(jīng)過集合中心(center-of-sets，cos)降型得到降階集如下式

其中，∫表示邏輯并，ycos是由后件模糊集合的中心區(qū)間兩個端點yl和yr決定的區(qū)間集合；表示后件模糊集合的中心區(qū)間集。

利用重心法解模糊后的清晰輸出為

其中，yl和yr為

其中，

把式(28)和式(29)代入式(27)，可得區(qū)間二型模糊器的輸出為

令y＝δu，其中本發(fā)明采用7條模糊規(guī)則，輸入輸出對應(yīng)的模糊語言變量為：pb(正大)、pm(正中)、ps(正小)、zo(零)、ns(負小)、nm(負中)、nb(負大)，模糊規(guī)則如下

r¹:ifsispb,thenδuisnb；

r²:ifsispm,thenδuisnm；

r³:ifsisps,thenδuisns；

r⁴:ifsiszo,thenδuiszo；

r⁵:ifsisns,thenδuisps；

r⁶:ifsisnm,thenδuispm；

r⁷:ifsisnb,thenδuispb；

采用乘機推理機、單值模糊器、集合中心(center-of-sets，cos)降型以及重心解模糊，得到模糊控制器輸出

其中，

則式(20)變?yōu)?/p>

其中，m為動子質(zhì)量；kf為永磁同步直線電機的電磁推力系數(shù)；bv為粘滯摩擦因數(shù)；kp和ki是非零正常數(shù)；表示分數(shù)階微積分算子，當α(0＜α＜1)時表示分數(shù)階微分，則表示分數(shù)階積分；e＝v^*-v系統(tǒng)速度跟蹤誤差，其中v^*為系統(tǒng)速度的給定值，v為動子輸出速度，δu為二型模糊系統(tǒng)的輸出。

步驟五：編寫實現(xiàn)二型模糊分數(shù)階滑模控制律實現(xiàn)的dsp程序部分。

本發(fā)明控制算法由嵌入dsp程序?qū)崿F(xiàn)。其主控程序流程圖如圖5所示，具體步驟如下：

第一步：開始；

第二步：dsp系統(tǒng)初始化；

第三步：程序數(shù)據(jù)初始化；

第四步：允許tn1、tn2中斷；

第五步：啟動t1下溢中斷；

第六步：開總中斷；

第七步：是否結(jié)束運行？是，執(zhí)行第九步。否，執(zhí)行第八步。

第八步：是否有中斷請求？是，調(diào)用t1中斷處理子程序。否，執(zhí)行第七步。

第九步：保存數(shù)據(jù)；

第十步：關(guān)中斷；

第十一步：結(jié)束。

tn1中斷處理子程序流程圖即電流環(huán)t1中斷處理子程序流程圖如圖6，具體步驟如下：

第一步：tn1中斷子控制程序開始；

第二步：保護現(xiàn)場；

第三步：讀取編碼器信號；

第四步：電流采樣，clark變換，park變換；

第五步：判斷是否需要速度調(diào)節(jié)，否，進入步驟(7)；

第六步：速度調(diào)節(jié)中斷處理子控制程序；

第七步：d、q軸電流調(diào)節(jié)；

第八步：park逆變換；

第九步：計算cmppx及pwm輸出；

第十步：恢復(fù)現(xiàn)場；

第十一步：中斷返回。

tn1中斷程序中第六步速度調(diào)節(jié)中斷處理子程序即二型模糊分數(shù)階滑模控制律計算流程圖如圖7，按如下步驟執(zhí)行：

第一步：中斷開始；

第二步：讀取編碼器信號；

第三步：電角度計算、速度計算；

第四步：計算速度誤差；

第五步：設(shè)定二型模糊分數(shù)階滑模變結(jié)構(gòu)初始工況參數(shù)；

第六步：判斷是否已經(jīng)在預(yù)設(shè)滑模面上；是則進行步驟9；

第七步：計算usw；

第八步：計算ueq；

第九步：計算電流命令并輸出，即二型模糊分數(shù)階滑?？刂坡蓇＝ueq+usw；

第十步：中斷返回。

步驟六：本發(fā)明二型模糊分數(shù)階滑模控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)

圖8為實現(xiàn)本發(fā)明的硬件控制系統(tǒng)原理圖。該系統(tǒng)包括主電路、控制電路和控制對象三部分；控制電路包括dsp、位置和速度檢測電路、電流檢測電路、光耦隔離電路、驅(qū)動電路及故障檢測和保護電路；dsp采用ti公司的tms320f28335芯片。dsp的qep端口連接位置和速度檢測電路，dsp的adc端口連接電流檢測電路，dsp的pwm端口和pdpint端口連接光耦隔離電路，光耦隔離電路連接驅(qū)動電路和故障檢測和保護電路，驅(qū)動電路連接ipm逆變單元；主電路包括調(diào)壓電路、整流濾波單元和ipm逆變單元；控制對象為永磁直線同步電機，機身裝有光柵尺；調(diào)壓電路連接整流濾波單元，整流濾波單元連接ipm逆變單元，ipm逆變單元連接三相永磁直線同步電機。

dsp的sci端口連接上位機，dsp的spi端口連接顯示電路，dsp的gpio端口連接i/o接口電路；故障檢測和保護電路連接控制電源。

實現(xiàn)本發(fā)明的控制系統(tǒng)主電路如圖8(a)所示，調(diào)壓電路采用反向調(diào)壓模塊euv-25a-ii，可實現(xiàn)0～220v隔離調(diào)壓。整流濾波單元采用橋式不可控整流，大電容濾波，配合適當?shù)淖枞菸针娐?，可以獲得ipm工作所需的恒定直流電壓。ipm采用富士公司6mbp50ra060智能功率模塊，耐壓600v，最大電流50a，最高工作頻率20khz。ipm用四組獨立的15v驅(qū)動電源供電。主電源輸入端子(p，n)，輸出端子(u，v，w)，主端子用自帶的螺釘固定，可實現(xiàn)電流傳輸。p、n為變頻器的整流變換平滑濾波后的主電源輸入端子，p為正端，n為負端，逆變器輸出的三相交流電通過輸出端子u、v、w接至電機。

本發(fā)明的控制電路的核心為tms320f28335處理器，其配套的開發(fā)板包括目標只讀存儲器、模擬接口、ecan接口、串行引導(dǎo)rom、用戶指示燈、復(fù)位電路、可配置為rs232/rs422/rs485的異步串口、spi同步串口和片外256k*16位ram。

實際控制系統(tǒng)中電流采樣采用lem公司霍爾電流傳感器lt58-s7。由兩個霍爾電流傳感器檢測a、b相電流，得到電流信號，經(jīng)過電流采樣電路，轉(zhuǎn)換成0～3.3v的電壓信號，最后由tms320lf28335的a/d轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成12位精度的二進制數(shù)，并保存在數(shù)值寄存器中。a、b相的電流采樣電路如圖8(b)所示?？烧{(diào)電阻vr2調(diào)節(jié)信號幅值，可調(diào)電阻vr1調(diào)節(jié)信號偏移量，通過對這兩個電阻的調(diào)節(jié)，可以將信號調(diào)整到0～3.3v，再將其送入dsp的ad0、ad1管腳。圖中的穩(wěn)壓管是為了防止送入dsp的信號超過3.3v，導(dǎo)致dsp被高壓損壞。運算放大器采用op27，電源接正負15v電壓，在電壓和地間接去耦電容。電路輸入端接電容濾波，以去除高頻信號干擾，提高采樣精度。

光柵尺輸出的a相和b相脈沖信號要通過快速光耦6n137對信號進行隔離，然后經(jīng)過分壓電路將信號電平由5v轉(zhuǎn)換為3.3v，最后連接到dsp的兩路正交編碼脈沖接口qep1和qep2。電路原理如圖8(c)所示。直線電機驅(qū)動電路主要包括一個智能功率模塊，本發(fā)明選用的是irams10up60b，它適用于較大功率的電機中，它能驅(qū)動的電機功率范圍是400w～750w；主要由6個igbt構(gòu)成的三相橋式電路，控制板上dsp芯片產(chǎn)生的pwm控制信號輸入到功率模塊，控制3個橋臂的關(guān)斷，產(chǎn)生合適驅(qū)動電壓，驅(qū)動直線電機運動圖中的hin1和lin1分別是第一相的上下橋臂的控制信號，它們都是低電平有效。irams10up60b的工作電壓vdd是15v，vss為接地端，為了達到良好的去耦效果，在這兩端加入兩個并聯(lián)的去耦電容。功率芯片自身有過溫和過流保護，當電路出現(xiàn)異常時能起到自我保護的作用。

本發(fā)明的一個實例

永磁直線同步電機的參數(shù)為m＝8kg，kf＝50.7n/a，bv＝12ns/m。摩擦力端部效應(yīng)產(chǎn)生的推力波動frip＝40cos(392l)，v、l分別為動子的速度、位移。

二型模糊分數(shù)階滑模參數(shù)：kp＝354，ki＝0.001，α＝0.98，(ωb,ωh)取值為(10^-3,10³)，n＝2，區(qū)間二型模糊控制器輸入s的隸屬度函數(shù)如圖9所示，輸出δu的隸屬度函數(shù)如圖10所示。

基于以上參數(shù)，當給定v^*＝1m/s電機空載啟動，并在t＝0.5s時突加fl＝200n負載干擾時，一型模糊滑模和二型模糊分數(shù)階滑?？刂葡到y(tǒng)的速度階躍響應(yīng)曲線分別如圖11中虛線和實線所示。實驗結(jié)果表明二型模糊分數(shù)階滑?？刂频南到y(tǒng)響應(yīng)時間較小，受到擾動后速度下降最大值為0.061m/s，恢復(fù)時間為0.06s；而一型模糊滑?？刂频南到y(tǒng)受到擾動后速度下降最大值為0.077m/s，恢復(fù)時間為0.12s，說明本發(fā)明的方法具有較強魯棒性。圖12為采用二型模糊分數(shù)階滑模控制器時系統(tǒng)的iq輸出曲線，可以看出系統(tǒng)幾乎無抖振。圖13為永磁直線同步電機啟動后將動子質(zhì)量m變?yōu)樵瓉淼?倍，二型模糊分數(shù)階滑模控制的速度階躍響應(yīng)曲線，參數(shù)變化前后系統(tǒng)響應(yīng)時間幾乎不變，參數(shù)變化前，受到突加負載擾動后速度下降最大值為0.061m/s，參數(shù)變化后，受到突加負載擾動后速度下降最大值為0.041m/s，可知參數(shù)變化對系統(tǒng)性能影響較小。二型模糊分數(shù)階滑模控制可以削弱抖振，提高系統(tǒng)的魯棒性。