本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于新型離散趨近率的無模型自適應(yīng)離散時(shí)間快速終端滑模控制方法及系統(tǒng)，所采用的無模型自適應(yīng)離散時(shí)間快速終端滑模控制方法與傳統(tǒng)的PI控制器、滑模控制器和無模型自適應(yīng)線性滑模控制器相比，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，且不再依賴系統(tǒng)模型。同時(shí)，基于永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的輸入和輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)準(zhǔn)則函數(shù)構(gòu)造偽偏導(dǎo)數(shù)估計(jì)算法得到時(shí)變參數(shù)，并完善偽偏導(dǎo)數(shù)重置機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電機(jī)控制，并分析了偽偏導(dǎo)數(shù)估計(jì)算法的收斂性與控制算法的穩(wěn)定性；本發(fā)明專利技術(shù)的控制方法控制精度高、響應(yīng)速度快，提升了系統(tǒng)魯棒性和抗干擾性能，進(jìn)而改善電機(jī)系統(tǒng)在復(fù)雜工況下的控制性能。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及永磁同步電機(jī)，更具體地，尤其涉及一種軌道交通、礦用電動(dòng)機(jī)車、電動(dòng)汽車永磁同步電機(jī)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制方法與系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、近年來，永磁同步電機(jī)因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效率、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)在國(guó)防裝備、電動(dòng)汽車、軌道交通、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。永磁同步電機(jī)(permanent?magnetsynchronous?motor,pmsm)作為牽引系統(tǒng)主要核心部件，承擔(dān)了電能-機(jī)械能的傳遞與轉(zhuǎn)換，對(duì)安全、可靠運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。
2、然而，永磁同步電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)因參數(shù)攝動(dòng)和外部干擾等不確定性因素影響系統(tǒng)控制性能，在應(yīng)對(duì)負(fù)載變化和參數(shù)不確定性方面，依然存在一定的不足，難以滿足高性能控制場(chǎng)合的需求，進(jìn)而影響到安全平穩(wěn)運(yùn)行。
3、另外，由于受參數(shù)攝動(dòng)和外部擾動(dòng)的不確定性影響，基于模型的控制方法依賴于電機(jī)參數(shù)，不能確保系統(tǒng)在參數(shù)攝動(dòng)和嚴(yán)重外部干擾下依舊具有良好控制性能。因此為了確保永磁同步電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，需要尋求新的控制方法，實(shí)現(xiàn)電機(jī)在參數(shù)攝動(dòng)和外部擾動(dòng)的情況下高效可靠運(yùn)行。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足和缺陷，提供一種永磁同步電機(jī)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制方法與系統(tǒng)。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：
3、一種永磁同步電機(jī)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
4、步驟1：建立永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)基于緊格式動(dòng)態(tài)線性化一階范模型，具體表達(dá)為</p>5、δn(k+1)＝φ(k)δiq(k)；
6、其中，δn(k+1)＝n(k+1)-n(k)，δn(k+1)為k+1時(shí)刻轉(zhuǎn)速n(k+1)與k時(shí)刻轉(zhuǎn)速n(k)的轉(zhuǎn)速差；φ(k)為k時(shí)刻的偽偏導(dǎo)數(shù)；δiq(k)＝iq(k)-iq(k-1)，δiq(k)為k時(shí)刻q軸電流iq(k)與k-1時(shí)刻q軸電流iq(k-1)的電流差；
7、步驟2：設(shè)計(jì)改進(jìn)型偽偏導(dǎo)數(shù)估計(jì)算法：
8、所述步驟2中的改進(jìn)型偽偏導(dǎo)數(shù)估計(jì)算法設(shè)計(jì)的具體過程為：
9、步驟2.1，針對(duì)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)偽偏導(dǎo)數(shù)的估計(jì)準(zhǔn)則函數(shù)；
10、
11、其中，j(φ(k))為k時(shí)刻偽偏導(dǎo)數(shù)φ(k)的估計(jì)準(zhǔn)則函數(shù)；n(k-1)為k-1時(shí)刻的轉(zhuǎn)速，為k-1時(shí)刻偽偏導(dǎo)數(shù)的估計(jì)值；μ為權(quán)重因子，μ＞0；
12、對(duì)j(φ(k))求極值，得到傳統(tǒng)偽偏導(dǎo)數(shù)的估計(jì)算法：
13、
14、其中，為k時(shí)刻偽偏導(dǎo)數(shù)的估計(jì)值，為k-1時(shí)刻偽偏導(dǎo)數(shù)的估計(jì)值；λ為步長(zhǎng)因子，0＜λ＜0；δn(k)＝n(k)-n(k-1)，δn(k)為k時(shí)刻轉(zhuǎn)速n(k)與k-1時(shí)刻轉(zhuǎn)速n(k-1)的轉(zhuǎn)速差；
15、步驟2.2，在傳統(tǒng)偽偏導(dǎo)數(shù)的估計(jì)算法中增加調(diào)整項(xiàng)
16、
17、其中，κ為一個(gè)正常數(shù)；e(k)＝nd(k)-n(k)，e(k)為k時(shí)刻期望轉(zhuǎn)速nd(k)與k時(shí)刻轉(zhuǎn)速n(k)的誤差；e(k-1)＝nd(k-1)-n(k-1)，e(k-1)為k-1時(shí)刻期望轉(zhuǎn)速nd(k-1)與k-1時(shí)刻的轉(zhuǎn)速n(k-1)的誤差；
18、步驟2.3，可得偽偏導(dǎo)數(shù)估計(jì)算法具體表達(dá)式為：
19、
20、其中，sgn(·)為符號(hào)函數(shù)；
21、步驟2.4，算法重置機(jī)制為：
22、
23、式中，φ(1)是的初始值，ε0是一個(gè)足夠小的正數(shù)，通常為10的負(fù)n次方，根據(jù)系統(tǒng)復(fù)雜程度適當(dāng)調(diào)整其指數(shù)；滿足重置機(jī)制其中任意一項(xiàng)，均會(huì)對(duì)的數(shù)值進(jìn)行重置，使算法具有更強(qiáng)的對(duì)時(shí)變參數(shù)的跟蹤能力；
24、改進(jìn)型偽偏導(dǎo)數(shù)參數(shù)估計(jì)算法，僅采集永磁同步電機(jī)的輸入輸出數(shù)據(jù)得到當(dāng)前時(shí)刻偽偏導(dǎo)數(shù)的估計(jì)值，并輸出至無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制模塊中；
25、步驟3：設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制器
26、所述步驟3中的轉(zhuǎn)速環(huán)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制器模塊設(shè)計(jì)的具體過程為：
27、步驟3.1，定義狀態(tài)誤差為e(k)＝nd(k)-n(k)；式中，nd(k)為k時(shí)刻期望轉(zhuǎn)速，n(k)為k時(shí)刻的轉(zhuǎn)速；
28、步驟3.2，選取離散快速終端滑模面s(k)
29、
30、式中，ξ＞0，ξ為誤差指數(shù)項(xiàng)的系數(shù)；c0＞0；p、q＞0，且p、q為奇數(shù)；c＞0；
31、將離散快速終端滑模面一步向前改寫為
32、
33、式中，ξ＞0，ξ為誤差指數(shù)項(xiàng)的系數(shù)；e(k+1)＝nd(k+1)-n(k+1)，e(k+1)為k+1時(shí)刻期望轉(zhuǎn)速nd(k+1)與k+1時(shí)刻轉(zhuǎn)速n(k+1)的誤差；c0＞0；p、q＞0，且p、q為奇數(shù)；c＞0；γ1＝c0/ts，γ2＝c-γ1；
34、步驟3.3，選取新型的快速冪次趨近律為
35、s(k+1)＝s(k)-cts|s(k)αsgn(s(k))-ε2ts|e(k)βs(k)；
36、式中，ts為采樣周期，c≥0為一可調(diào)系數(shù)；0＜α＜1，0＜β＜1，ε2＞0；
37、為進(jìn)一步減小抖振，將符號(hào)函數(shù)sgn(s(k))改進(jìn)得到新型符號(hào)函數(shù)h(s)，其函數(shù)表達(dá)式為；
38、
39、其中，k為一系數(shù)；
40、步驟3.4，設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速環(huán)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制器模塊的具體表達(dá)式為
41、式中，為轉(zhuǎn)速環(huán)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制器的控制律；
42、步驟3.5當(dāng)k≥0時(shí)，選擇李亞普諾夫函數(shù)為v＝s(k)2/2，求導(dǎo)可得：
43、
44、其中，為v的導(dǎo)數(shù)；故可證明轉(zhuǎn)速環(huán)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制器模塊(8)狀態(tài)誤差為e(k)將在有限時(shí)間內(nèi)收斂，所設(shè)計(jì)的控制器穩(wěn)定；
45、步驟4：無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制器輸出的q軸電流輸入至基于pi控制的電流環(huán)中，將其輸出的d軸參考電壓q軸的參考電壓傳送至park逆變換模塊(4)，得到α軸參考電壓β軸參考電流將傳送至svpwm控制模塊(3)，得到觸發(fā)脈沖傳送至三相逆變器模塊(2)，輸出三相電壓驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)(1)。
46、進(jìn)一步的，所述偽偏導(dǎo)數(shù)參數(shù)估計(jì)模塊(11)、無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制模塊(8)，其中：
47、偽偏導(dǎo)數(shù)參數(shù)估計(jì)模塊(11)分別與pmsm模塊(1)和無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制器模塊(8)相連，根據(jù)pmsm模塊(1)輸出的k-1時(shí)刻的轉(zhuǎn)速n(k-1)，n(k-1)與k-1時(shí)刻的期望轉(zhuǎn)速nd(k-1)的誤差e(k-1)和無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制器模塊(8)輸出的k-1時(shí)刻的q軸電流iq(k-1)，在線估計(jì)偽偏導(dǎo)數(shù)并將輸入至無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制器模塊(8)當(dāng)中；
48、轉(zhuǎn)速環(huán)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制器模塊(8)與pmsm模塊(1)、偽偏導(dǎo)數(shù)參數(shù)估計(jì)模塊(11)和基于pi控制的電流環(huán)模塊(9)相連，根據(jù)pmsm模本文檔來自技高網(wǎng)
...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種永磁同步電機(jī)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.一種永磁同步電機(jī)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制系統(tǒng)，其特征在于，所述偽偏導(dǎo)數(shù)參數(shù)估計(jì)模塊(11)、無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制模塊(8)，其中：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種永磁同步電機(jī)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速環(huán)無模型快速終端滑模控制器模塊(8)輸出q軸電流輸入至基于PI控制的電流環(huán)中，將得到的d軸的參考電壓q軸的參考電壓傳送至Park逆變換模塊(4)，得到α軸參考電壓β軸參考電流將傳送至SVPWM控制模塊(3)，得到觸發(fā)脈沖傳送至逆變器模塊(2)，輸出三相電壓驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2-3中任一項(xiàng)所述的一種永磁同步電機(jī)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制系統(tǒng)，其特征在于，所述一種永磁同步電機(jī)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制系統(tǒng)，不需要PMSM任何模型信息，僅基于k時(shí)刻期望轉(zhuǎn)速nd(k)、k時(shí)刻電機(jī)的轉(zhuǎn)速n(k)和k-1時(shí)刻無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制系統(tǒng)的輸出iq(k-1)，在線估計(jì)偽偏導(dǎo)數(shù)k時(shí)刻的估計(jì)值并輸入轉(zhuǎn)速環(huán)無模型快速終端滑模控制器模塊(8)中，最終得到k時(shí)刻的q軸電流
...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種永磁同步電機(jī)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.一種永磁同步電機(jī)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制系統(tǒng)，其特征在于，所述偽偏導(dǎo)數(shù)參數(shù)估計(jì)模塊(11)、無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制模塊(8)，其中：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種永磁同步電機(jī)無模型自適應(yīng)快速終端滑模控制系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)速環(huán)無模型快速終端滑模控制器模塊(8)輸出q軸電流輸入至基于pi控制的電流環(huán)中，將得到的d軸的參考電壓q軸的參考電壓傳送至park逆變換模塊(4)，得到α軸參考電壓β軸參考電流將...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙凱輝，涂麟軒，馬文瑞，羅美蕓，何穎燊，童玲，劉建華，黃剛，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：湖南工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。