基于動態(tài)面滑?？刂频挠来磐诫姍C(jī)混沌鎮(zhèn)定控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于永磁同步電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于動態(tài)面滑模控制的永磁同 步電機(jī)混沌鎮(zhèn)定控制方法，特別是針對永磁同步電機(jī)中的混沌行為進(jìn)行混沌鎮(zhèn)定控制的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機(jī)是一種典型的多變量、強(qiáng)耦合的高階非線性系統(tǒng)，在諸如機(jī)器人、航 空飛行器以及伺服轉(zhuǎn)臺控制等高性能系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，近年來的研究表明， 永磁同步電機(jī)在一些特定參數(shù)和工作條件下，會出現(xiàn)復(fù)雜的不規(guī)則運動，即混沌行為。永磁 同步電機(jī)中混沌行為的存在，不僅會影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性，嚴(yán)重情況下會致使 系統(tǒng)崩潰。而在工業(yè)自動化生產(chǎn)中，保證永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。因 此，基于電機(jī)系統(tǒng)非線性的本質(zhì)，研究其混沌現(xiàn)象，尋求有效的混沌控制方法越來越受到重 視。針對永磁同步電機(jī)的控制問題，許多有效的先進(jìn)控制方法已被引入，如滑?？刂?，反步 法控制，動態(tài)面控制等。滑?？刂圃诮鉀Q系統(tǒng)不確定性和外部擾動方面被認(rèn)為是一個有效 的魯棒控制方法?；？刂品椒ň哂兴惴ê唵?、響應(yīng)速度快、對外界噪聲干擾和參數(shù)攝動魯 棒性強(qiáng)等優(yōu)點。它可以在電機(jī)參數(shù)變化和出現(xiàn)外部擾動時仍能保持滿意的性能。然而，滑模 控制在設(shè)計過程中需要滿足匹配條件，實際系統(tǒng)匹配條件的不確定性成為了滑模控制設(shè)計 的障礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了抑制特定工作條件下永磁同步電機(jī)出現(xiàn)的混沌現(xiàn)象以及反演法帶來的復(fù)雜 度爆炸問題，本發(fā)明提供了 一種基于動態(tài)面滑?？刂频挠来磐诫姍C(jī)混沌鎮(zhèn)定控制方法， 改進(jìn)了控制器的設(shè)計結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了永磁同步電機(jī)混沌鎮(zhèn)定，保證系統(tǒng)各狀態(tài)變量均能實現(xiàn) 穩(wěn)定跟蹤。
[0004] 為了解決上述技術(shù)問題提出的技術(shù)方案如下：
[0005] -種基于動態(tài)面滑?？刂频挠来磐诫姍C(jī)混沌鎮(zhèn)定控制方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1，建立永磁同步電機(jī)混沌模型；
[0007] 建立如式（1)所示的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的混沌模型，初始化系統(tǒng)狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)；
[0009]其中，ω、iq、id為狀態(tài)變量，分別為電機(jī)角速度、交軸定子電流及直軸定子電流； ?、<和心為外部輸入，分別為外部負(fù)載轉(zhuǎn)矩、定子電壓交軸分量和直軸分量，滿足Γ= 6 =0;〇和γ均是系統(tǒng)的運行參數(shù)；
[0010]將永磁同步電機(jī)的角速度作為控制對象，帶入初始條件，式(1)表示為：
[0012]其中，u是控制律，y是輸出信號，電機(jī)的期望角速度；
[0013]步驟2，拆分系統(tǒng)，避免控制器突變；
[0014]將控制器u加到第二個狀態(tài)參量中，得式(3)
[0016]將式(3)拆分為如下兩個子系統(tǒng)：
[0020] 步驟3,控制器設(shè)計；
[0021] 3.1定義跟蹤誤差e和動態(tài)面81為
[0023]其中，為電機(jī)期望角速度，λ為常數(shù)，且λ>〇;
[0024]對其進(jìn)行求導(dǎo)得
[0026] 3.2設(shè)計虛擬控制量
[0027 ]iqr ~O)t-iCT (8)
[0028] 其中，lu為常數(shù)，且1α>0;
[0029] 3.3定義一個新變量iqr估計匕，讓。通過具有小的正的時間常數(shù)τ2的一階濾波 器：
[0030] Tjqr+igr=JqrJqM^9M (9)
[0031] 3.4定義第二個誤差面
[0032]S2=iq-lqr(10)
[0033] 求導(dǎo)得
[0034] i2： = -?,.ω+γω-?ψ +u (II)
[0035] 3 · 5設(shè)計控制器輸入u:
[0036] igr -k2s% (12)
[0037] 其中，k2為常數(shù)，且k2>0，f是不確定參數(shù)γ的估計值，其自適應(yīng)更新律為
[0038] Υ= ：pS2m (13：)
[0039] 其中，p是能調(diào)整自適應(yīng)算法性能的任意正數(shù)。
[0040] 本發(fā)明基于動態(tài)面滑模自適應(yīng)控制方法，針對永磁同步電機(jī)中的混沌行為，實現(xiàn) 永磁同步電機(jī)混純狀態(tài)的鎮(zhèn)定控制，提尚系統(tǒng)控制性能。
[0041 ]本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為:為控制永磁同步電機(jī)的混沌現(xiàn)象，本發(fā)明結(jié)合動態(tài)面控制 與滑?？刂扑惴?，提出基于動態(tài)面滑模控制的永磁同步電機(jī)混沌控制方法，該控制方法能 夠使被控永磁同步電機(jī)混沌狀態(tài)漸近穩(wěn)定在預(yù)期目標(biāo)。為了進(jìn)一步使系統(tǒng)混沌狀態(tài)被鎮(zhèn)定 到平衡點，我們對控制策略進(jìn)行了改進(jìn)，將永磁同步電機(jī)混沌系統(tǒng)分為兩個子系統(tǒng)，并只在 第一個子系統(tǒng)上增加控制器。仿真對比表明，改進(jìn)后的動態(tài)面滑?？刂撇呗圆粌H能夠有效 將三個系統(tǒng)狀態(tài)控到平衡點，而且比一般動態(tài)面控制方法具有更快的響應(yīng)速度。本發(fā)明提 供一種能夠?qū)崿F(xiàn)永磁同步電機(jī)混沌鎮(zhèn)定控制的動態(tài)面滑模控制方法，實現(xiàn)系統(tǒng)混沌狀態(tài)被 鎮(zhèn)定到平衡點。
[0042] 本發(fā)明的有益效果為:抑制特定工作條件下永磁同步電機(jī)出現(xiàn)的混沌現(xiàn)象以及反 演法帶來的復(fù)雜度爆炸問題，簡化控制器設(shè)計，實現(xiàn)永磁同步電機(jī)混沌狀態(tài)的鎮(zhèn)定控制，提 高系統(tǒng)控制性能。
【附圖說明】
[0043] 圖1為ω的受控曲線不意圖；
[0044] 圖2為iq的受控曲線示意圖；
[0045] 圖3為id的受控曲線不意圖；
[0046] 圖4為控制器u的作用曲線示意圖；
[0047] 圖5為參數(shù)的估計誤差(jP-/)曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0048]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0049] 參照圖1-圖5,一種基于動態(tài)面滑模控制的永磁同步電機(jī)混沌鎮(zhèn)定控制方法，包括 以下步驟：
[0050]步驟1，建立永磁同步電機(jī)混沌模型；
[0051]建立如式（1)所示的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的混沌模型，初始化系統(tǒng)狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)；
[0053]其中，ω、iq、id為狀態(tài)變量，分別為電機(jī)角速度、交軸定子電流及直軸定子電流； $和％為外部輸入，分別為外部負(fù)載轉(zhuǎn)矩、定子電壓交軸分量和直軸分量，滿足 Γ,=弋== 0 ;〇和γ均是系統(tǒng)的運行參數(shù)；
[0054]將永磁同步電機(jī)的角速度作為控制對象，帶入初始條件，式(1)表示為：
[0056]其中，u是控制律，y是輸出信號，〇^是電機(jī)的期望角速度；
[0057]步驟2，拆分系統(tǒng)，避免控制器突變；
[0058]將控制器u加到第二個狀態(tài)參量中，得式(3)
[0060]將式(3)拆分為如下兩個子系統(tǒng)：

[0064] 步驟3,控制器設(shè)計；
[0065]3.1定義跟蹤誤差e和動態(tài)面81為
[0067]其中，cor為電機(jī)期望角速度，λ為常數(shù)，且λ>〇;
[0068] 對其進(jìn)行求導(dǎo)得
[0070] 3·2設(shè)計虛擬控制量:
[0071 ]iqr= kxsx - (7 (8)
[0072] 其中，lu為常數(shù)，且1α>0;
[0073]3.3定義一個新變量iqr估計&.，讓&通過具有小的正的時間常數(shù)τ2的一階濾波 器：
[0074] Η,，t，V(〇) 4 (〇) (9)
[0075] 3.4定義第二個誤差面
[0076] S2= iq-lqr (10)
[0077] 求導(dǎo)得
[0078] ^2：=~h ~^?ω +~^ψ· +Η (Π)
[0079] 3 · 5設(shè)計控制器輸入u:
[0080] 'u.=..iq +.id:6) -)'(?+1[ir _k.jS.: (12)
[0081] 其中，k2為常數(shù)，且k2>0,f是不確定參數(shù)γ的估計值，其自適應(yīng)更新律為
[0082] f = pStco. (:1..3)
[0083] 其中，P是能調(diào)整自適應(yīng)算法性能的任意正數(shù)。
[0084] 在γ參數(shù)未知的情況下，將基于所提出的動態(tài)面滑模方法(DSC+SMC)設(shè)計的控制 器與基于動態(tài)面方法(DSC)設(shè)計的控制器的控制效果進(jìn)行了仿真對比。為便于比較，仿真中 兩者的初始條件和部分參數(shù)的設(shè)置保持一致，即采樣時間取1 = 0.01，初始條件為id(0) = iq(〇)=ω(〇)=〇.〇1。期望目標(biāo)c〇r= 0,控制參數(shù)取值為1^ = 0.5，1? =1，12 = 〇.〇1。此外，〇3〇 +SMC方法中的控制參數(shù)λ= 20。
[0085] 仿真結(jié)果如圖1-5，由圖1可知，1.8s左右，DSC+SMC控制已經(jīng)使系統(tǒng)狀態(tài)參量ω到 達(dá)期望值，而到3.2s左右，DSCω才達(dá)到期望值，對比可知，在基于DSC+SMC方法設(shè)計控制器 的作用下，ω收斂速度更快。由圖2可知，0 .Is左右，系統(tǒng)狀態(tài)參量iq在DSC+SMC控制法設(shè)計 的控制器作用下到達(dá)期望值零點，而到2s左右，在DSC控制法設(shè)計的控制器作用下才將^電 流收斂至期望值，所以對比可知，在基于DSC+SMC方法設(shè)計控制器的作用下，iq受控響應(yīng)更 快速。由圖3可知，4.8s左右，狀態(tài)參量id收斂至Ο，基于DSC+SMC設(shè)計的控制器和基于DSC設(shè) 計的控制器，對狀態(tài)參量id的控制效果基本相同。由圖4可知，基于DSC+SMC設(shè)計的控制器在 0.Is左右便完成控制，而到1.5s左右，DSC方法設(shè)計的控制器才基本完成控制。由圖5可知， Is左右參數(shù)的估計誤差0-Γ)得到了消除。因此，在基于DSC+SMC方法設(shè)計的控制器的作用 下，被控參量的響應(yīng)更為快速，控制效果更好。
[0086]以上闡述的是本發(fā)明給出的一個實施例表現(xiàn)出的優(yōu)良優(yōu)化效果，顯然本發(fā)明不只 是限于上述實施例，在不偏離本發(fā)明基本精神及不超出本發(fā)明實質(zhì)內(nèi)容所涉及范圍的前提 下對其可作種種變形加以實施。
【主權(quán)項】
1. 一種基于動態(tài)面滑?？刂频挠来磐诫姍C(jī)混沌鎮(zhèn)定控制方法，其特征在于:所述控 制方法包括以下步驟： 步驟1，建立永磁同步電機(jī)混沌模型； 建立如式(1)所示的永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的混沌模型，初始化系統(tǒng)狀態(tài)及相關(guān)參數(shù)；其中，ω、iq、id為狀態(tài)變量，分別為電機(jī)角速度、交軸定子電流及直軸定子電流；f,、?, ; 和％為外部輸入，分別為外部負(fù)載轉(zhuǎn)矩、定子電壓交軸分量和直軸分量，滿足σ和γ均是系統(tǒng)的運行參數(shù)； 將永磁同步電機(jī)的角速度作為控制對象，帶入初始條件，式(1)表示為：其中，u是控制律，y是輸出信號，〇^是電機(jī)的期望角速度； 步驟2，拆分系統(tǒng)，避免控制器突變； 將控制器u加到第二個狀態(tài)參量中，得式(3)將式(3)拆分為如下兩個子系統(tǒng)：和步驟3,控制器設(shè)計； 3.1定乂跟蹤誤差e和動態(tài)面si為其中，cor為電機(jī)期望角速度，λ為常數(shù)，且λ>〇; 對其進(jìn)行求導(dǎo)得3.2設(shè)計虛擬控制量其中，ki為常數(shù)，且ki>0; 3.3定義一個新變量iqr估計&，讓^通過具有小的正的時間常數(shù)τ2的一階濾波器：3.4定義第二個誤差面 S2 = Iq-Iqr (10) 求導(dǎo)得3.5設(shè)計控制器輸入u:其中，k2為常數(shù)，且k2>0, r是不確定參數(shù)γ的估計值，其自適應(yīng)更新律為其中，P是能調(diào)整自適應(yīng)算法性能的任意正數(shù)。
【專利摘要】一種基于動態(tài)面滑?？刂频挠来磐诫姍C(jī)混沌鎮(zhèn)定控制方法，包括：建立永磁同步電機(jī)混沌模型及初始條件確定；將永磁同步電機(jī)系統(tǒng)拆分成兩個子系統(tǒng)，利于提高控制效果；基于動態(tài)面滑?？刂品椒?，計算控制系統(tǒng)跟蹤誤差，滑模面及微分，基于自適應(yīng)率估計未知參數(shù)，據(jù)此設(shè)計控制器輸入。本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)永磁同步電機(jī)混沌鎮(zhèn)定控制的動態(tài)面滑模控制方法，實現(xiàn)系統(tǒng)混沌狀態(tài)被鎮(zhèn)定到平衡點，提高系統(tǒng)的控制性能。
【IPC分類】H02P21/00, H02P21/14
【公開號】CN105450120
【申請?zhí)枴緾N201510828192
【發(fā)明人】陳強(qiáng), 施琳琳, 陶亮, 王耀
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月25日