一种转动惯量在线辨识与转矩扰动补偿滑模控制方法技术

本发明专利技术属于电动飞机永磁同步电机转速控制技术领域，公开了一种转动惯量在线辨识与转矩扰动补偿滑模控制方法，包括：步骤1：根据电机驱动系统某时刻的电机转速、电磁转矩及负载转矩等，通过递推最小二乘法辨识出转动惯量；步骤2：利用扰动观测器观测电机驱动系统的负载转矩变化，对电机转速进行估算补偿；步骤3：通过滑模速度控制器对电机转速进行精确控制，使电机转速的实际值逼近给定值。本发明专利技术提供的一种转动惯量在线辨识与转矩扰动补偿滑模控制方法，能够针对电机转动惯量进行在线辨识与负载扰动进行补偿，解决了电机转速响应不精确的问题，提升了电动飞机运行的可靠性。提升了电动飞机运行的可靠性。提升了电动飞机运行的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种转动惯量在线辨识与转矩扰动补偿滑模控制方法


[0001]本专利技术属于电动飞机永磁同步电机转速控制
，尤其涉及一种转动惯量在线辨识与转矩扰动补偿滑模控制方法。

技术介绍

[0002]由于转动惯量摄动和外界扰动等因素影响，常常会导致电动飞机永磁同步电机驱动系统转速响应不精确，影响电动飞机运行的安全。
[0003]为了提高驱动系统的运行品质和电动飞机的可靠性，针对系统转动惯量改变和负载转变导致永磁同步电机转速响应不准确的问题，主要采取对转动惯量进行在线辨识、对负载转变进行估计补偿来解决。由于永磁同步电机工作过程中转动惯量会随着工作状态发生改变，导致转速响应不精确；同时负载变化也会对转速响应产生影响，进而影响电动飞机运行的可靠性。
[0004]因此，需要针对电动飞机永磁同步电机工作过程中易受转动惯量摄动和负载扰动的影响，及对转速响应产生负面影响，提出一种电动飞机永磁同步电机在线辨识与转矩补偿的滑模控制方法。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术公开提供了一种转动惯量在线辨识与转矩扰动补偿滑模控制方法，以解决电动飞机在运行过程中因转速响应不精确带来的安全问题。
[0006]本专利技术提供的技术方案，具体为，一种转动惯量在线辨识与转矩扰动补偿滑模控制方法，包括：
[0007]步骤1：根据电机驱动系统某时刻的转速、电磁转矩及负载转矩等，通过递推最小二乘法辨识出转动惯量；
[0008]步骤2：通过所述转动惯量，利用扰动观测器观测电机驱动系统的负载转矩变化，对转速进行估算补偿；
[0009]步骤3：根据所得的转动惯量与补偿转速，通过滑模速度控制器对电机转速进行精确控制，使电机转速的实际值逼近给定值。
[0010]进一步地，步骤1中采用带有遗忘因子的最小二乘法辨识转动惯量，通过以下公式计算：
[0011][0012]令c＝aT
L
(k)；
[0013]令φ(k)
T
＝[T
e
(k
‑
1),
‑
ω
m
(k
‑
1),
‑
1]，θ＝[a,b,c]T
，得到：ω
r
(k)＝φ
T
(k)
·
θ
[0014]利用递推最小二乘法辨识迭代过程如下：
[0015][0016][0017]其中，Te为电磁转矩；T
L
为负载转矩；b
m
为粘滞摩擦系数；ω
r
为电机转速；J为转动惯量，λ为遗忘因子,T
s
为采样时间，为第k次迭代的估计值，为修正项,P(K)为三维协方差矩阵。
[0018]进一步地，步骤2中，估算补偿转速，是采用以下公式计算：
[0019][0020]Te为电磁转矩；T
L
为负载转矩；b
m
为粘滞摩擦系数；ω
r
为电机转速；J为转动惯量；ω
c
为观测器估算补偿后电机转速；T
LC
为观测转矩。
[0021]进一步地，所述步骤3具体包括以下步骤：
[0022]步骤3.1:根据表贴式PMSM机械运动方程：
[0023][0024]Te为电磁转矩；T
L
为负载转矩；b
m
为粘滞摩擦系数；ω
c
为观测器估算补偿后电机转速；J为转动惯量。
[0025]步骤3.2:通过转动惯量与补偿转速，定义给定转速与补偿后转速误差为x1；
[0026][0027]将滑模面设计为：
[0028][0029]s为滑模平面状态向量；
[0030]步骤3.3:通过利用渐近趋近率的滑模控制器，来更新q轴电流，具体如下式：
[0031][0032][0033]式中，ε，c，k，δ，σ1，σ2均为滑模速度控制器参数；T
L
为负载转矩；b
m
为粘滞摩擦系数；J为转动惯量。
[0034]本专利技术提供的一种转动惯量在线辨识与转矩扰动补偿滑模控制方法，能够针对转动惯量进行在线辨识与负载扰动进行补偿，解决了转速响应不精确的问题，提升了电动飞机运行的可靠性。
[0035]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术的公开。
附图说明
[0036]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1为本专利技术公开实施例提供的一种转动惯量在线辨识与转矩扰动补偿滑模控制方法的流程示意图；
[0039]图2为本专利技术公开实施例提供的一种转动惯量在线辨识与转矩扰动补偿滑模控制方法的控制逻辑示意图；
[0040]图3为电动飞机运行过程中基于本专利技术所提供的方法和传统PI算法的转速响应对比的示意图。
具体实施方式
[0041]这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的系统的例子。
[0042]为了解决电动飞机永磁同步电机工作过程中易受转动惯量摄动和负载扰动的影响等问题，本实施方案提供了一种转动惯量在线辨识与转矩扰动补偿滑模控制方法，包括
[0043]考虑到电机运行过程中，转动惯量会发生转变，采取了步骤1：根据电机驱动系统某一时刻的电机转速、电磁转矩及负载转矩等，通过递推最小二乘法辨识出转动惯量；其中某一时刻可以为当前状态下的转速，电磁转矩及负载转矩等；
[0044]采用带有遗忘因子的最小二乘法辨识转动惯量，通过以下公式计算：
[0045][0046]令c＝aT
L
(k)；
[0047]令φ(k)
T
＝[T
e
(k
‑
1),
‑
ω
m
(k
‑
1),
‑
1]，θ＝[a,b,c]T
，得到：ω
r
(k)＝φ
T
(k)
·
θ
[0048]利用递推最小二乘法辨识迭代过程如下：
[0049][0050][0051]其中，Te为电磁转矩；T
L
为负载转矩；b
m
为粘滞摩擦系数；ω
r...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转动惯量在线辨识与转矩扰动补偿滑模控制方法，其特征在于，包括步骤1：根据电机驱动系统某时刻的电机转速、电磁转矩及负载转矩等，通过递推最小二乘法辨识出转动惯量；步骤2：通过所述转动惯量，利用扰动观测器观测电机驱动系统的负载转矩变化，对电机转速进行估算补偿；步骤3：根据所得的电机转动惯量与补偿转速，通过滑模速度控制器对电机转速进行精确控制，使电机转速的实际值逼近给定值。2.根据权利要求1所述的一种转动惯量在线辨识与转矩扰动补偿滑模控制方法，其特征在于，步骤1中采用带有遗忘因子的最小二乘法辨识转动惯量，通过以下公式计算：令c＝aT
L
(k)；令φ(k)
T
＝[T
e
(k
‑
1),
‑
ω
m
(k
‑
1),
‑
1]，θ＝[a,b,c]
T
，得到：ω
r
(k)＝φ
T
(k)
·
θ利用递推最小二乘法辨识迭代过程如下：利用递推最小二乘法辨识迭代过程如下：其中，T
e
为电磁转矩；T
L
为负载转矩；b
m
为粘滞摩擦系数；ω
r
为电机转速；J为电机转动惯量，λ为遗忘因子,T
s
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆新，庞济宝，张硕，王书礼，樊馨月，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：