一種基于積分滑模和擾動(dòng)觀測(cè)器的電動(dòng)自行車控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于積分滑模和擾動(dòng)觀測(cè)器的電動(dòng)自行車控制方法，包括設(shè)計(jì)積分滑?？刂坪蛿_動(dòng)觀測(cè)器控制兩大部分。積分滑?？刂瓢ɑＣ娴脑O(shè)計(jì)和滑?？刂坡傻脑O(shè)計(jì)，目的是保證系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性能；擾動(dòng)觀測(cè)器用來(lái)觀測(cè)系統(tǒng)的外部擾動(dòng)和參數(shù)變化，并作為前饋?lái)?xiàng)引入閉環(huán)系統(tǒng)。本發(fā)明所設(shè)計(jì)的復(fù)合控制器能夠在電動(dòng)自行車控制系統(tǒng)存在有界參數(shù)變化和負(fù)載擾動(dòng)的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的高性能速度跟蹤控制。通過(guò)仿真對(duì)比，本發(fā)明所提出的復(fù)合控制器能有效地減小滑?？刂戚敵龅亩墩?，并具有良好的動(dòng)、靜態(tài)特性和魯棒性。
【專利說(shuō)明】一種基于積分滑模和擾動(dòng)觀測(cè)器的電動(dòng)自行車控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交流伺服系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是一種基于積分滑模和擾動(dòng)觀測(cè)器的電動(dòng)自 行車控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 永磁無(wú)刷直流電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、效率高、無(wú)勵(lì)磁損耗以及 調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于家用電器、儀器儀表、醫(yī)療器械等工業(yè)領(lǐng)域。
[0003] 由于無(wú)刷直流電機(jī)的控制性能易受到外部負(fù)載擾動(dòng)、內(nèi)部參數(shù)變化、對(duì)象未建模 和非線性動(dòng)態(tài)特性等不確定性的影響。為了獲得良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，一些先進(jìn)控制策略如非 線性控制、自適應(yīng)控制、H C?控制、滑?？刂频认嗬^被引入到交流伺服系統(tǒng)的研究中。其中 滑?？刂埔云漪敯粜詮?qiáng)、響應(yīng)快速、物理實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而得到研究人員的重視。
[0004] 滑?？刂谱鳛橐环N變結(jié)構(gòu)控制方法，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在滑模面上時(shí)，對(duì)系統(tǒng)參數(shù) 的不確定項(xiàng)以及外界干擾有著很強(qiáng)的魯棒性（王豐饒.滑模變結(jié)構(gòu)控制[M].北京：科學(xué)出 版社，1998)。從20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，先后有研究將滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用到交流伺服系 統(tǒng)的控制中。為了進(jìn)一步解決傳統(tǒng)滑模控制中存在的穩(wěn)態(tài)誤差問(wèn)題，可以在滑模面的設(shè)置 中引入積分項(xiàng)?；Ｃ嬷屑尤敕e分項(xiàng)可以讓系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差減少、有效削弱抖振的效果、增強(qiáng) 控制器的穩(wěn)定性（莊開(kāi)宇.變結(jié)構(gòu)控制理論若干問(wèn)題研究及其應(yīng)用：（博士學(xué)位論文）.杭 州：浙江大學(xué)，2002)。
[0005] 針對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的速度控制，現(xiàn)有技術(shù)所設(shè)置的積分滑模面S定義如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于積分滑模和擾動(dòng)觀測(cè)器的電動(dòng)自行車控制方法，包括電機(jī)，其特征在于，包 括積分滑?？刂破?、擾動(dòng)觀測(cè)器具體以下步驟： 1) 利用采樣電阻對(duì)電動(dòng)自行車的母線電流ii進(jìn)行采樣； 2) 通過(guò)霍爾傳感器獲得電動(dòng)自行車電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置并計(jì)算出電機(jī)實(shí)際速度ω ; 3) 利用速度給定值與步驟2)中電機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度ω的差值e(t)，構(gòu)造積分滑 模面S; 4) 根據(jù)步驟3)中的積分滑模面S設(shè)置積分滑模轉(zhuǎn)速控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，從而得到電 流控制量i〇 ; 5) 根據(jù)步驟4)所得電流控制量Ici以及電機(jī)當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速ω來(lái)設(shè)置擾動(dòng)觀測(cè)器， 估計(jì)電機(jī)外加擾動(dòng)，并進(jìn)行前饋補(bǔ)償，得到電流環(huán)電流給定值Γ ; 6) 對(duì)電流環(huán)的電流給定值Γ與實(shí)際輸出電流值i的差值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)處理，產(chǎn)生期望 電壓輸出值u，對(duì)上述等效電壓控制給定值u進(jìn)行正弦波脈寬調(diào)制，結(jié)合霍爾傳感器得到的 電機(jī)當(dāng)前位置產(chǎn)生PWM信號(hào)，利用所述PWM信號(hào)控制三相逆變器產(chǎn)生三相電壓信號(hào)，并利用 所述三相電壓信號(hào)控制電動(dòng)自行車電機(jī)運(yùn)行。
2. 如權(quán)利要求1所述一種基于積分滑模和擾動(dòng)觀測(cè)器的電動(dòng)自行車控制方法，其特征 在于，所述電機(jī)為無(wú)刷直流電機(jī)，該電機(jī)機(jī)械運(yùn)動(dòng)模型表示為：
J為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； np為電機(jī)的極對(duì)數(shù)； Vf為永磁體與定子交鏈的磁鏈； B為阻尼系數(shù)； T1為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
3. 如權(quán)利要求1所述一種基于積分滑模和擾動(dòng)觀測(cè)器的電動(dòng)自行車控制方法，其特征 在于，步驟4)中積分滑模面S具體為：
其中： e定義為速度給定值與電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值；t定義為時(shí)間變量，系數(shù)c > 0。
4. 如權(quán)利要求3所述一種基于積分滑模和擾動(dòng)觀測(cè)器的電動(dòng)自行車控制方法，其特征 在于，所述積分滑模轉(zhuǎn)速控制器的模型為：
J為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； ω 為電機(jī)給定轉(zhuǎn)速； e為給定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速的差； np為電機(jī)的極對(duì)數(shù)； Vf為永磁體與定子交鏈的磁鏈； d為系統(tǒng)集總擾動(dòng)，包括外部干擾及系統(tǒng)參數(shù)不確定項(xiàng)擾動(dòng)； J為擾動(dòng)觀測(cè)器觀測(cè)的擾動(dòng)； B定義為阻尼系數(shù)； sgn(S)為符號(hào)函數(shù)； k為切換增益,且J /六。
5.如權(quán)利要求1所述一種基于積分滑模和擾動(dòng)觀測(cè)器的電動(dòng)自行車控制方法，其特征 在于，步驟5)中的擾動(dòng)觀測(cè)器采用非線性擾動(dòng)觀測(cè)器，該擾動(dòng)觀測(cè)器模型為：
其中：λ為非線性擾動(dòng)觀測(cè)器極點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】H02P6/06GK104393798SQ201410755884
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】李世華, 谷偉, 王會(huì)明, 楊俊 , 顏赟達(dá), 何碩彥, 王佐 申請(qǐng)人:東南大學(xué)