一种永磁同步电机自适应滑模控制方法技术

本发明专利技术提供一种永磁同步电机自适应滑模控制方法，针对系统外在干扰和建模参数的不确定性问题，在控制律中设计了自适应容错调节函数，可以有效减少系统干扰。而且设计的滑模面与控制输入的导数相关，将不连续项转移到控制的导数中去，得到在时间上本质连续的动态滑模控制律，有效消弱抖振。另外，本发明专利技术提出的动态滑模面是非线性的，系统状态能在有限时间内收敛到零，相对于传统滑模方法具有更高的稳态跟踪精度，动态性能较好。本发明专利技术大大提升了系统鲁棒性，实现简单，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机自适应滑模控制方法
本专利技术涉及一种永磁同步电机自适应滑模控制方法。
技术介绍
永磁同步电机(PMSM)具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范围宽广、动态特性和效率都很高，而且无需激磁电流，提高了电机效率和功率密度，永磁同步电机已经成为伺服系统的主流之选，广泛应用于数控机床、工业机器人等领域。随着微电子技术、微处理器、控制技术的发展，使得很多算法复杂的控制策略可以应用到电机控制中。国内外学者对交流伺服系统的自适应滑模控制策略研究较多，取得了一定的成果，比如：一种无需物理参数的倒立摆自适应滑模控制方法(专利技术专利，授权公告号：CN102566418B)，基于自适应滑模变结构的永磁同步电机控制系统(专利技术专利，授权公告号：CN100420147C)，由于永磁同步电机系统外在干扰和系统建模不准确性，导致目前的目前自适应滑模控制效果不够理想，还有一些理论问题未解决。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，为了提高永磁同步电机系统性能，消弱滑模变结构控制的抖振，本专利技术提供一种永磁同步电机自适应滑模控制方法。永磁同步电机的状态方程如下式：其中b(x,t)＝Bp＝Kt/J，(n＝2)，i＝1,2…n-1，J为转动惯量，B是粘滞摩擦系数，Kt是感应系数与极对数乘积，为系统不确定项，d(x,t)＝DpTL+Tα为外部干扰，Dp＝-1/J，且d(x,t)≤Dmax，Δf(x,t)≤Fmax，假设设计动态滑模面其中χ＝[χ1χ2…χn]，τ＝[τ1τ2…τn]，C＝[c1c2…cn]，ci(i＝1,2…n)为正常数，p(t)为Terminal函数，为误差向量，为参考输出，其特征在于：针对系统不确定项和外部干扰，设计带自适应调节的控制律为：其中sgn(S)为符号函数，为自适应容错调节函数，其一阶导数表达式如下：其中ε>0。本专利技术假设系统为二阶系统，由滑模面可得到其中含有项，而该项与输入u有关，因此滑模面S与输入u有关。当时间t≥T时，P(t)＝0，由滑模面可知，跟踪误差E在有限时间T内收敛到零。理论上p(t)函数Terminal时间可以取任意小，但需要根据实际情况来选择合适的Terminal时间值。综上所述，本专利技术针对系统外在干扰和建模参数的不确定性问题，在控制律设计中包含了自适应容错调节函数，可以有效减少系统干扰。由于滑模面与控制输入的导数相关，将不连续项转移到控制的一阶或高阶导数中去，得到在时间上本质连续的动态滑模控制律，有效消弱抖振，而且，本专利技术提出的动态滑模面是非线性的，系统状态能在有限时间内收敛到零，相对于传统滑模方法具有更高的稳态跟踪精度，动态性能较好。本专利技术大大提升了系统鲁棒性，实现简单，具有很好的应用前景。附图说明图1为本专利技术控制方法设计流程图。图2为本专利技术实施例位置跟踪曲线。图3为本专利技术实施例位置跟踪误差曲线。图4为本专利技术实施例自适应容错调节函数曲线(M的自适应值)。图5为本专利技术实施例滑模面。图6为本专利技术实施例动态控制输入图7为本专利技术实施例控制输入。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地实施。永磁同步电机的状态方程如下式：其中b(x,t)＝Bp＝Kt/J，(n＝2)，i＝1,2…n-1，J为转动惯量，B是粘滞摩擦系数，Kt是感应系数与极对数乘积，为系统不确定项，d(x,t)＝DpTL+Tα为外部干扰，Dp＝-1/J，且d(x,t)≤Dmax，Δf(x,t)≤Fmax，假设假设参考输出为定义误差向量为设计带修正函数的动态滑模面其中C＝[c1c2…cn]，ci(i＝1,2…n)为正常数p(t)为Terminal函数。p(t)可表示为定义Lyapunov函数其中ε为正常数，表示估计值与实际值M*之差，即得到可表示为则而代入有取控制律因此得到将代入，可得到根据Lyapunov稳定性理论知，系统是渐近稳定的，证毕。将系统参数代入控制律，得到永磁同步电机控制律为由MATLAB仿真结果，判断是否需要参数调整，若需要调整，返回修改参数。考虑如下永磁同步电机位置交流伺服系统其中Ap＝-14.62，Bp＝5.34，假设位置指令为x1d＝0.8sin(2t)，滑模面取Dmax＝4,Fmax＝1.5，初始位置x0＝[0.6,0]，Δf(x,t)+d(x,t)＝3.9+0.5sin(t/2)，Terminal时间为T＝0.5，初始条件θr(t0)＝1.5，自适应容错调节函数取为仿真结果见图2～图7，图2中曲线1是位置参考信号，曲线2是位置跟踪信号。从图可以看出采用自适应算法，大大削弱了抖振。综上所述，本专利技术针对系统外在干扰和建模参数的不确定性问题，在控制律中设计了自适应容错调节函数，可以有效减少系统干扰。由于滑模面与控制输入的导数相关，将不连续项转移到控制的一阶或高阶导数中去，得到在时间上本质连续的动态滑模控制律，有效消弱抖振，而且，本专利技术提出的动态滑模面是非线性的，系统状态能在有限时间内收敛到零，相对于传统滑模方法具有更高的稳态跟踪精度，动态性能较好。本专利技术大大提升了系统鲁棒性，所以本专利技术有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度应用价值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机自适应滑模控制方法，永磁同步电机的状态方程如下式：

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机自适应滑模控制方法，永磁同步电机的状态方程如下式：其中b(x,t)＝Bp＝Kt/J，(n＝2)，i＝1,2…n-1，J为转动惯量，B是粘滞摩擦系数，Kt是感应系数与极对数乘积，为系统不确定项，d(x,t)＝DpTL+Tα为外部干扰，Dp＝-1/J，且d(x,t)≤Dmax，Δf(x,t)≤Fmax，假设设计动态滑...

【专利技术属性】
技术研发人员：何金保，骆再飞，易新华，
申请(专利权)人：宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33