一种基于改进ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进自抗扰控制器（Active‑disturbance Rejection Control，ADRC）的开关磁阻电机直接转矩控制方法，其方法是利用自抗扰控制技术，在基于ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制的基础上，将离散训练得到的最小二乘支持向量机（Least Squares Support Vector Machine，LSSVM）最优回归模型融入到ADRC中，完成对ADRC的改进。本发明专利技术可以能够显著提高开关磁阻电机直接转矩控制系统的响应速度和抗干扰能力，增强系统的鲁棒性。

A direct torque control method for Switched Reluctance Motor Based on improved ADRC

The invention discloses an improved ADRC based on (Active disturbance Rejection Control, ADRC) of the switched reluctance motor direct torque control method, the method is the use of ADRC control technology, on the basis of direct torque control of switched reluctance motor ADRC, will get the support of the discrete least squares training support vector machine (Least Squares Support Vector Machine, LSSVM) the optimal regression model into ADRC, improve ADRC. The invention can significantly improve the response speed and anti-interference ability of the direct torque control system of the switched reluctance motor, and enhance the robustness of the system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制方法
本专利技术涉及一种基于改进自抗扰控制器(ADRC)的开关磁阻电机直接转矩控制方法，属于开关磁阻电机转矩控制方法领域。
技术介绍
由于开关磁阻电机结构简单、工作可靠、控制灵活，适合在恶劣环境中工作；同时，由于其具有启动电流小、启动转矩大的优越性，使开关磁阻电机系统非常适用于电动汽车和采煤采矿等传动控制领域。在传统直接转矩控制中，速度环采用PI控制器；当被控和对象处于强干扰的环境当中的时候，传统PI控制难以达到控制的效果。就需要对其进行改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有开关磁阻电机直接转矩控制技术的不足，提出了一种抗干扰能力较强的基于改进ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制方法，以提高开关磁阻电机的控制性能。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：一种基于改进ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制方法，所述方法将离散训练得到的LSSVM最优回归模型融入到ADRC中，来完成对ADRC的改进。改进ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制系统中，LSSVM模型的功能是：它可以实时的根据系统的输入信号值，来计算出系统当前所受的部分扰动值F，将F与ESO实时估计出的扰动值z2′作为系统的总扰动，在后续的控制中对系统进行前馈补偿，以此来提高控制系统的抗干扰能力。该控制方法包括以下步骤：步骤一：在基于ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制中，对ADRC控制器中的ESO的输出变量和进行采样。步骤二：将作为LSSVM的输入变量，作为其输出变量，对LSSVM进行离散训练，得到其最优的回归模型。步骤三：将得到的最优回归模型和ADRC系统相结合起来，得到改进ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制系统。2、根据权利要求1所述的改进ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制方法，在进行离散训练时的核函数选取高斯径向基核函数，其表达式为：改进后的ADRC数学模型：本专利技术提出了一种基于改进ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制方法，该方法可以提高ADRC的观测精度，进一步提高SRM直接转矩控制系统的动态响应速度和抗干扰能力，增强系统的鲁棒性。附图说明图1是本专利技术提供的基于ADRC的开关磁阻电机控制系统原理示意图。图2是本专利技术提供的基于ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制系统原理示意图。图3是本专利技术提供的基于改进ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制系统原理示意图。具体实施方式下面结合附图和实施方式对本专利技术做进一步的详细说明。以给定转速ωr*和实际转速ωr作为输入信号，以给定转矩Te*作为输出信号，设计出基于ADRC控制器，参见图1所示为本专利技术提供的基于ADRC控制器原理示意图，它是由跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)和非线性状态误差反馈(NLSEF)三部分组成。以给定转速ωr*作为TD输入信号，其输出信号ω1为ωr*的跟踪值；以电机实际转速ωr作为ESO的输入信号，其输出信号为ωr的跟踪值Z1和系统所受扰动的估计值Z2；根据ω1和Z1得到系统的状态误差e1＝ω1-Z1作为NLSEF的输入信号，NLSEF输出初始控制量u0；最终控制量根据ADRC原理，将开关磁阻电机外加负载、摩擦力矩和转动惯量的变化当做系统所受扰动w(t)，ADRC中系统可以实时估计出系统所受扰动并进行及时的补偿。在基于ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制系统中，系统所受的扰动值w(t)完全是通过ADRC速度调节器中的ESO所实时的估计出来的。所提的改进ADRC系统中，在ESO对系统扰动估计之前，已经知道系统当前的一部分的扰动值w1，那么ESO所需估计的扰动值w2将变小，这样就可以提高ESO对扰动值估计的精度。此时系统的总扰动w(t)＝w1+w2。本专利技术公布的一种改进ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制方法，所述LSSVM最优回归模型离散训练方法的具体步骤如下：第一步：在基于ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制系统中，参见图2所示，其ADRC部分的内部结构如图1所示。ADRC系统根据输入的给定转速ωr*和实际转速ωr得到电机给定转矩值Te*。与电机的实时转矩值进行比较，通过滞环比较器来控制功率变换器的开关状态，驱动开关磁阻电机的运行。第二步：对上述第一步系统的ADRC中的ESO的输出Z1和Z2的值进行采样。第三步：将Z1作为LSSVM的输入变量，Z2作为其输出变量，对LSSVM进行离散训练，得到LSSVM的最优回归模型。LSSVM回归训练的原理如下：设训练的样本数据为{(xk,yk)|k＝1,2,...,N}，其中xk和yk分别为训练样本的输入输出数据。LSSVM回归模型的目标为其中w为权矢量，b为偏移量，为核空间映射函数。约束条件：其中，J为优化目标函数，γ为正则化参数，εk为不敏感损失函数的松弛因子。采用Lagrange乘数法：分别对w,b,αk,εk求偏导等于零可得：最后化解为下列方程组的形式：式中:l＝[1,1,...,1]T；I为N×N的单位阵；α＝[α1，α2，...，αN]T；y＝[y1,y2,...,yN]T；K(xi,xj)为核函数，本专利技术选取高斯径向基函数，其表达式为：令M＝Ω+γ-1I,对其求解可得：得到函数最优的回归模型为：第四步：将已经训练好的LSSVM模型放入到ADRC控制器中，得到了如图3所示的基于改进的ADRC控制器。LSSVM模型的功能是：它可以实时的根据系统的输入信号值，来计算出系统当前所受的部分扰动值F，将F与ESO实时估计出的扰动值作为系统的总扰动，在后续的控制中对系统进行前馈补偿。由此，可得到改进的ADRC数学模型为：其中，f1和f2的定义如下：。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于改进ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制方法，其特征在于该控制方法是在基于ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制的基础上，对ADRC进行改进。首先利用LSSVM原理对ADRC中的参数进行离散训练得到最优回归模型，然后将该最优回归模型和ADRC控制器相结合，来完成对ADRC的改进。改进后的ADRC可以提高其估测精度及控制系统的动态响应速度，并显著减小开关磁阻电机直接转矩控制系统的稳态误差。步骤一：在基于ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制中，对ADRC控制器中的ESO的输出变量Z1和Z2进行采样。步骤二：将Z1作为LSSVM的输入变量，Z2作为其输出变量，对LSSVM进行离散训练，得到其最优的回归模型。步骤三：将得到的最优回归模型和ADRC系统相结合起来，得到改进ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于改进ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制方法，其特征在于该控制方法是在基于ADRC的开关磁阻电机直接转矩控制的基础上，对ADRC进行改进。首先利用LSSVM原理对ADRC中的参数进行离散训练得到最优回归模型，然后将该最优回归模型和ADRC控制器相结合，来完成对ADRC的改进。改进后的ADRC可以提高其估测精度及控制系统的动态响应速度，并显著减小开关磁阻电机直接转矩控制系统的稳态误差。步骤一：在基于ADRC的开关磁阻电机直接...

【专利技术属性】
技术研发人员：易灵芝，冯江，桂庆忠，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43