一种内燃机车异步电机内模控制方法技术

一种内燃机车异步电机内模控制方法，其特征在于，通过给被控对象并联一个与被控对象尽量一致的标称模型，利用被控对象的电流输出值与标称模型的电流输出值作差，差值反馈到内模控制器的输入端，与期望电流值作差后输入到内模控制器来抑制参数的变化、模型失配与外部干扰信号。由于内模控制器中滤波时间常数β不能渐变，利用变阻尼算法通过控制调节系数kp对滤波时间常数β进行调节，保证了系统的快速性和稳定性。本发明专利技术系统结构简单、稳定性高；控制方法参数调节方便，不需要大量的计算就能完成。有效改善内燃机车异步电机的动态性能，可应用于工程实践当中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种内燃机车异步电机内模控制方法。
技术介绍
由于单轴功率大、粘着性能好、牵引再生控制方便、节能指标好等优点，目前内燃机车广泛采用交流传动系统。对于其控制算法来说，矢量控制几乎已经成为一个工业标准，特别是转子磁场定向，因为可以实现转矩和磁链的解耦控制而在传动系统中得到广泛的应用。在低开关频率下，开关周期的增大会带来一系列不利影响：数字控制中的延时增大、电流环带宽降低、转矩和磁链的动态解耦性能变差、电流谐波增大等。这些特点都使大功率传动系统的矢量控制不同于传统的小功率系统。内模控制是一种从化工过程控制中发展起来的控制方法，设计原理简单，参数整定直观，鲁棒性强，控制性能好，因此得到了国内外学者的关注。然而，常规内模控制仅有一个可调参数，设计方便，控制简单。但是，在跟踪性和鲁棒性之间只能折中考虑，难以达到双优控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种内燃机车异步电机的内模控制方法，以解决现有技术存在的跟踪性和鲁棒性难以达到双优控制的问题。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种内燃机车异步电机的内模控制方法，通过给被控对象并联一个与被控对象尽量一致的标称模型，利用被控对象的电流输出值与标称模型的电流输出值作差，得到的差值经过一个反馈控制器，反馈到内模控制器的输入端，与期望电流值作差后输入到内模控制器来抑制参数的变化、模型失配与外部干扰信号；将变阻尼算法引入到内模控制器当中，利用变阻尼算法对参数kp调整，达到对内模控制器滤波时间常数β的调整，所述方法包括如下环节：1)给出重构的标称模型Gn(s)，即异步电机电流环的模型为：其中σ为漏磁系数，ωs为磁场同步旋转角速度，Ls为定子电感，Rs为定子电阻；异步电机内模控制器电流输出表达式为：其中，e(s)为被控对象的电流输出值与标称模型电流输出值之差，即s为频域拉普拉斯算子，G(s)为被控对象模型，即异步电机，R(s)为期望电流值，d(s)为外部扰动，C(s)为内模控制器C(s)＝f(s)·[Gn(s)]-1，β是滤波时间常数；kp是由变阻尼算法得到的一个调节系数，可以通过控制kp来实现对R(s)和e(s)的调节；2)上述1)中提到的由变阻尼算法得到的kp由下面方程确定：式中，k1是变阻尼算法启动开始时希望加入的较大阻尼参数值，k2是调节斜率值，kp为阻尼参数输出值，v(t)为变阻尼算法的输入值，也就是内模控制中所设计的滤波时间常数β，x1和x2为两个状态变量；其中x1是跟踪v(t)，而x2是作为v(t)的“近似微分”，a为阻尼表达式的跟踪控制斜率，当a增大时，x1跟踪v(t)越快，反之，x1跟踪v(t)越慢。本专利技术利用变阻尼算法对内模控制器滤波时间常数进行动态调节，在启动阶段给定k1倍滤波参数，启动完成后，恢复为v(t)倍滤波参数。本专利技术系统结构简单、稳定性高；控制方法参数不需要大量的计算就能完成。有效改善内燃机车异步电机的动态性能，可应用于工程实践当中。附图说明图1为免疫二自由度内模控制的永磁同步电机系统框图。图2为内模控制框图。图3为变阻尼微分跟踪器非线性函数。图4为变阻尼内模控制框图。具体实施方案本专利技术为一种内燃机车异步电机内模控制方法，以改善异步电机的内模控制全程范围内固定滤波时间常数的问题。由附图2知，通过给被控对象并联一个与被控对象尽量一致的标称模型，利用被控对象的电流输出值与标称模型的电流输出值作差，经过一个反馈控制器，反馈到内模控制器的输入端，与期望电流值作差后输入到内模控制器来抑制参数的变化、模型失配与外部干扰信号，以提高系统的鲁棒性。所述控制方法包括如下环节：1)给出重构的标称模型Gn(s)，即异步电机的模型为：σ＝1-Lm2/(LsLr)为漏磁系数，ωs为磁场同步旋转角速度，Ls为定子电感，Rs为定子电阻，Lm指的是电机的互感，Lr为电机转子电感；异步电机电流输出表达式为：s为频域拉普拉斯算子，G(s)为被控对象模型，即异步电机，R(s)为期望电流值，d(s)为外部扰动，C(s)为内模控制器；由上述电流输出表达式可以看出，当C(s)＝[Gn(s)]-1时，保证了电流值的输出很好的跟踪期望的给定值。为了保证内模控制器的可实现性，给C(s)加入低通滤波器内模控制器的最终实现形式为C(s)＝f(s)·[Gn(s)]-1。将C(s)代入到电流输出表达式中得到其中，e(s)为被控对象的电流输出值与标称模型电流输出值之差，即kp是由变阻尼算法得到的一个调节系数，β是滤波常数。可以通过控制kp来实现对R(s)和e(s)的调节。2)上述1)中提到的由变阻尼算法得到的kp由下面方程确定：附图3给出了跟踪微分器sat(A,δ)的一个动态过程，希望在启动开始时加入较大阻尼值，接近稳态时加入较小阻尼值，因此把跟踪微分器的输出倒用。则变阻尼参数注入值由下面方程确定：式中，k1是启动开始时希望加入的较大阻尼参数值，k2是调节斜率值，kp为阻尼参数输出值，v(t)为输入值，也就是内模控制中所设计的滤波时间常数β，δ为比较阈值，x1和x2为两个状态变量；其中x1是跟踪v(t)，而x2是作为v(t)的“近似微分”，a为阻尼表达式的跟踪控制斜率，当a增大时，x1跟踪v(t)越快，反之，x1跟踪v(t)越慢。将所得的阻尼值kp引入的内模控制器C(s)中，通过的调整对kp的调整达到对滤波时间常数的调整的目的，如附图4所示。3)采用成熟的转子磁场定向矢量控制技术进行设计，由附图1知，给定转矩值T*与给定转子磁链通过计算得到期望给定的电流值iq*，即R(s)，式中，np为极对数。给定转子磁链通过计算得到期望给定的励磁电流值id*，Tr为转子时间常数。由电流传感器检测出的永磁同步电机定子三相电流ia、ib、ic，并经过3/2变换，得到两相静止电流iα、iβ。再经过park变换得到两相旋转坐标系下的电流id和iq。将id和iq作为反馈电流，将q轴电流的期望值与反馈电流值iq作差，得到电流误差Δiq，d轴的电流给定值id*与反馈电流值id作差，得到Δid，经过变阻尼内模控制器的调节输出Ud、Uq，Ud、Uq再经Park反变换输出Uα、Uβ，最后通过空间矢量脉宽调制模块输出六路PWM信号供给逆变器工作，逆变器输出将直流母线电压Udc以PWM波的形式将电压施加到异步电机上。控制系统所需的转速、电流信号分别由编码器、电流传感器得到。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内燃机车异步电机的内模控制方法，其特征是：通过给被控对象并联一个与被控对象尽量一致的标称模型，利用被控对象的电流输出值与标称模型的电流输出值作差，差值反馈到内模控制器的输入端，与期望电流值作差后输入到内模控制器来抑制参数的变化、模型失配与外部干扰信号；由于内模控制器中滤波时间常数β不能渐变，利用变阻尼算法通过控制调节系数kp对滤波时间常数β进行调节，所述方法包括如下环节：1)给出重构的标称模型Gn(s)，即异步电机电流环的模型为：异步电机内模控制器电流输出表达式为：其中，e(s)为被控对象的电流输出值与标称模型电流输出值之差，即s为频域拉普拉斯算子，G(s)为被控对象模型，即异步电机，R(s)为期望电流值，d(s)为外部扰动，C(s)为内模控制器C(s)＝f(s)·[Gn(s)]‑1，β是滤波时间常数；kp是由变阻尼算法得到的一个调节系数，可以通过控制kp来实现对R(s)和e(s)的调节；2)上述1)中提到的由变阻尼算法得到的kp由下面方程确定：式中，是启动开始时希望加入的较大阻尼参数值，k2是调节斜率值，kp为阻尼参数输出值，v(t)为输入值，也就是内模控制中所设计的滤波时间常数β，δ为比较阈值，x1和x2为两个状态变量；其中x1是跟踪v(t)，而x2是作为v(t)的“近似微分”，a为阻尼表达式的跟踪控制斜率，当a增大时，x1跟踪v(t)越快，反之，x1跟踪v(t)越慢。...

【技术特征摘要】
1.一种内燃机车异步电机的内模控制方法，其特征是：通过给被控对象并联一个与被
控对象尽量一致的标称模型，利用被控对象的电流输出值与标称模型的电流输出值作差，
差值反馈到内模控制器的输入端，与期望电流值作差后输入到内模控制器来抑制参数的变
化、模型失配与外部干扰信号；由于内模控制器中滤波时间常数β不能渐变，利用变阻尼算
法通过控制调节系数kp对滤波时间常数β进行调节，所述方法包括如下环节：
1)给出重构的标称模型Gn(s)，即异步电机电流环的模型为：异步电机内模控制器电流输出表达式为：其中，e(s)为被
控对象的电流输出值与标称模型电流输出值之差，即s为频域拉普拉斯算子，G(s)为被控对象模型，即异步电机，R(...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛剑博，李岩，景晓东，邹会杰，
申请(专利权)人：中车永济电机有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14