本發(fā)明涉及高速動(dòng)車組感應(yīng)電機(jī)領(lǐng)域，尤其涉及一種牽引電機(jī)控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

高速動(dòng)車組通常采用感應(yīng)電機(jī)作為牽引電機(jī)，因?yàn)楦袘?yīng)電機(jī)具有轉(zhuǎn)速高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，機(jī)械結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐用、牽引特性良好等優(yōu)點(diǎn)，電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電流較大，加速起始階段電機(jī)處于過勵(lì)磁狀態(tài)，充分利用電機(jī)設(shè)計(jì)所允許的磁飽和范圍和電流的短時(shí)過載能力，來獲得較大的加速度，從而使得車輛在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到給定的速度。

現(xiàn)有技術(shù)一般是對牽引電機(jī)采用比例-積分-微分(proportion-integral-derivative,pid)控制，pid控制在實(shí)際應(yīng)用中是最廣泛最成熟的技術(shù)，目前為止，工業(yè)過程當(dāng)中使用的控制方法有95％以上都是pid控制方法。簡單說來，pid控制各校正環(huán)節(jié)的作用如下：

比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制對象的偏差信號，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。比例系數(shù)越大，控制作用越強(qiáng)，控制對象的動(dòng)態(tài)特性也越好，動(dòng)態(tài)性能主要表現(xiàn)為起動(dòng)快，對階躍設(shè)定跟隨得快。

積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高控制對象的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)，積分時(shí)間常數(shù)越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。

微分環(huán)節(jié)：反映偏差信號的變化趨勢(變化速率)，并能在偏差信號變得太大之前，在控制對象中引入一個(gè)有效的早期修正信號，從而加快控制對象的動(dòng)作速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間，并且有助于減小超調(diào)，克服振蕩，從而提高控制對象穩(wěn)定性。

pid控制方法的校正環(huán)節(jié)復(fù)雜、計(jì)算負(fù)擔(dān)重，且pid控制依賴于被控對象的模型，在實(shí)際的工作環(huán)境中，由于機(jī)械磨損和電器元件的老化，會(huì)導(dǎo)致被控對象的模型發(fā)生變化，從而導(dǎo)致pid控制的魯棒性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種牽引電機(jī)控制方法及裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)的控制方法復(fù)雜、計(jì)算負(fù)擔(dān)重，且由于控制方法依賴于被控對象模型引起的控制方法魯棒性差的問題。

本發(fā)明的第一個(gè)方面是提供一種牽引電機(jī)控制方法，包括：

對期望輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號和當(dāng)前的反饋信號進(jìn)行求差，并將求差獲得的信號輸出至改進(jìn)型無模型自適應(yīng)(improvemodelfreeadaptivecontrol，imfac)控制器進(jìn)行計(jì)算處理；

將imfac控制器處理后獲得的控制信號輸出至被控對象，以使所述被控對象在所述控制信號的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行；

將所述被控對象運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的輸出信號輸出給超前環(huán)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)償，并將所述補(bǔ)償后的信號作為當(dāng)前的反饋信號，返回執(zhí)行所述將期望輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號和當(dāng)前的反饋信號進(jìn)行求差的步驟。

本發(fā)明的第二個(gè)方面是提供一種牽引電機(jī)控制裝置，包括：運(yùn)算模塊、imfac控制器、被控對象和超前環(huán)節(jié)；

所述運(yùn)算模塊的輸出端和所述imfac控制器的輸入端連接，所述imfac控制器的輸出端和所述被控對象的輸入端連接，所述被控對象的輸出端與所述超前環(huán)節(jié)的輸入端連接，所述超前環(huán)節(jié)的輸出端與所述運(yùn)算模塊的輸入端連接；

所述運(yùn)算模塊，用于對期望輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號和當(dāng)前的反饋信號進(jìn)行求差，并將求差獲得的信號輸出給所述imfac控制器；

所述imfac控制器，用于對求差獲得的信號進(jìn)行計(jì)算處理，并將計(jì)算處理后獲得的控制信號輸出給所述被控對象，以使所述被控對象在所述控制信號的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行；

所述被控對象，用于將所述被控對象自身運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的輸出信號輸出給所述超前環(huán)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)償；

所述超前環(huán)節(jié)，用于對所述被控對象輸出的信號進(jìn)行補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的信號作為當(dāng)前的反饋信號，輸出給所述運(yùn)算模塊，以使所述運(yùn)算模塊對所述標(biāo)準(zhǔn)信號和當(dāng)前的反饋信號進(jìn)行求差。

本發(fā)明提供的牽引電機(jī)控制方法及裝置，通過將期望輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號和當(dāng)前的反饋信號的求差信號輸出至imfac控制器進(jìn)行處理獲得控制信號，并將控制信號輸出至被控對象以使其運(yùn)行；然后將被控對象運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的輸出信號經(jīng)超前環(huán)節(jié)補(bǔ)償后作為當(dāng)前的反饋信號。本方案僅利用被控對象期望輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號和被控對象運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的輸出信號進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，不依賴被控對象的動(dòng)態(tài)模型參數(shù)，調(diào)試簡單、易于實(shí)現(xiàn)、響應(yīng)速度快且魯棒性好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的牽引電機(jī)控制方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的牽引電機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的牽引電機(jī)控制裝置的電路原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的牽引電機(jī)控制方法的流程示意圖，如圖1所示，所述方法包括如下步驟：

11、對期望輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號和當(dāng)前的反饋信號進(jìn)行求差，并將求差獲得的信號輸出至imfac控制器進(jìn)行計(jì)算處理；

具體的，對某一系統(tǒng)的一致有界的期望輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號，存在一致有界的可行控制輸入信號，使得系統(tǒng)在此控制輸入信號的驅(qū)動(dòng)下其輸出等于系統(tǒng)的期望輸出。

12、將imfac控制器處理后獲得的控制信號輸出至被控對象，以使所述被控對象在所述控制信號的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行；

具體的，上述被控對象可以為非線性大延時(shí)對象，被控對象的傳遞函數(shù)為gp(s)e^-τs，其中τ是非線性大延時(shí)對象的滯后時(shí)間。舉例來說，被控對象可以為牽引電機(jī)。

13、將所述被控對象運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的輸出信號輸出給超前環(huán)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)償，并將所述補(bǔ)償后的信號作為當(dāng)前的反饋信號，返回執(zhí)行11中所述將期望輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號和當(dāng)前的反饋信號進(jìn)行求差的步驟。

以實(shí)際應(yīng)用場景舉例來說，上述imfac控制器的算法如下：

如果滿足如下三個(gè)條件中的一個(gè)，

則：

其中，是φ(k)的在線估計(jì)值，φ(k)表示非線性大延時(shí)系統(tǒng)的偽梯度向量，記：

其中，u(k)∈r^l、y(k)∈r^l分別表示k時(shí)刻非線性大延時(shí)系統(tǒng)的輸入和輸出；τ是非線性大延時(shí)系統(tǒng)滯后時(shí)間，可以用辨識的方法測得；l是控制輸入線性化長度；其中，y(k)滿足：

y(k+1)＝f(y(k),…,y(k-ny),u(k-τ),…,u(k-τ-nu))(9)

其中，ny、nu是系統(tǒng)階數(shù)；ly、lu是非線性大延時(shí)系統(tǒng)的偽階數(shù)，取值為整數(shù)，且0≤ly≤ny，1≤lu≤nu；η是步長因子，η∈(0,2]，加入η是為了使控制算法設(shè)計(jì)具有更大的靈活性；μ>0，是第一權(quán)重因子；ε是一個(gè)充分小的正數(shù)；ρi∈(0,1]，i＝1,2,…,ly+lu，λ>0是第二權(quán)重因子；y^*(k)表示非線性大延時(shí)系統(tǒng)一致有界的期望輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號；y′(k)是輸出y(k)的微分。

本實(shí)施例提供的牽引電機(jī)控制方法，通過將期望輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號和當(dāng)前的反饋信號的求差信號輸出至imfac控制器進(jìn)行處理獲得控制信號，并將控制信號輸出至被控對象以使其運(yùn)行；然后將被控對象運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的輸出信號經(jīng)超前環(huán)節(jié)補(bǔ)償后作為當(dāng)前的反饋信號。本方案僅利用被控對象期望輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號和被控對象運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的輸出信號進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，不依賴被控對象的動(dòng)態(tài)模型參數(shù)，調(diào)試簡單、易于實(shí)現(xiàn)、響應(yīng)速度快且魯棒性好。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的牽引電機(jī)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，牽引電機(jī)控制裝置包括：

運(yùn)算模塊21、imfac控制器22、被控對象23和超前環(huán)節(jié)24；

運(yùn)算模塊21的輸出端和imfac控制器22的輸入端連接，imfac控制器22的輸出端和被控對象23的輸入端連接，被控對象23的輸出端與超前環(huán)節(jié)24的輸入端連接，超前環(huán)節(jié)24的輸出端與運(yùn)算模塊21的輸入端連接；

運(yùn)算模塊21，用于對期望輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號和當(dāng)前的反饋信號進(jìn)行求差，并將求差獲得的信號輸出給imfac控制器22；

imfac控制器22，用于對求差獲得的信號進(jìn)行計(jì)算處理，并將計(jì)算處理后獲得的控制信號輸出給被控對象23，以使被控對象23在所述控制信號的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行；

被控對象23，用于將被控對象23自身運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的輸出信號輸出給超前環(huán)節(jié)24進(jìn)行補(bǔ)償；

超前環(huán)節(jié)24，用于對被控對象23輸出的信號進(jìn)行補(bǔ)償，并將補(bǔ)償后的信號作為當(dāng)前的反饋信號，輸出給運(yùn)算模塊21，以使運(yùn)算模塊21對所述標(biāo)準(zhǔn)信號和當(dāng)前的反饋信號進(jìn)行求差。

具體的，上述被控對象23可以為非線性大延時(shí)對象，被控對象23的傳遞函數(shù)為gp(s)e^-τs，其中τ是非線性大延時(shí)對象的滯后時(shí)間。舉例來說，被控對象23可以為牽引電機(jī)。

本實(shí)施例提供的牽引電機(jī)控制裝置，通過將期望輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號和當(dāng)前的反饋信號的求差信號輸出至imfac控制器進(jìn)行處理獲得控制信號，并將控制信號輸出至被控對象以使其運(yùn)行；然后將被控對象運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的輸出信號經(jīng)超前環(huán)節(jié)補(bǔ)償后作為當(dāng)前的反饋信號。本方案僅利用被控對象期望輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號和被控對象運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的輸出信號進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，不依賴被控對象的動(dòng)態(tài)模型參數(shù)，調(diào)試簡單、易于實(shí)現(xiàn)、響應(yīng)速度快且魯棒性好。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的牽引電機(jī)控制裝置的電路原理示意圖，根據(jù)圖2對應(yīng)的實(shí)施例中所述的裝置，如圖3所示，運(yùn)算模塊對期望輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號y^*和當(dāng)前的反饋信號x進(jìn)行求差，獲得第一輸出信號δy，并將所述第一輸出信號輸出給imfac控制器進(jìn)行計(jì)算處理；將imfac控制器處理后獲得的控制信號u(k)輸出至被控對象，以使所述被控對象在所述控制信號u(k)的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行；將所述被控對象運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的輸出信號y(k)輸出給超前環(huán)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)償，并將所述補(bǔ)償后的信號作為當(dāng)前的反饋信號x，反饋至運(yùn)算模塊,以使運(yùn)算模塊對標(biāo)準(zhǔn)信號y^*和當(dāng)前的反饋信號x進(jìn)行求差，輸出當(dāng)前的第一輸出信號δy，實(shí)現(xiàn)信號的循環(huán)和反饋。

本實(shí)施例提供的牽引電機(jī)控制裝置，通過在imfac控制器中引入期望輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號與超前環(huán)節(jié)補(bǔ)償后的被控對象的輸出信號的差值進(jìn)行計(jì)算處理，獲得被控對象的輸入信號，不依賴被控對象的動(dòng)態(tài)模型參數(shù)，調(diào)試簡單、易于實(shí)現(xiàn)、響應(yīng)速度快且魯棒性好。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的裝置的具體工作過程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。