一种基于数据驱动的永磁同步电机预设性能控制方法技术

一种基于数据驱动的永磁同步电机预设性能控制方法，属于电机控制技术领域。本发明专利技术解决了现有电机控制存在电机转速误差无法满足性能设定的问题。它根据永磁同步电机数学模型设计线性扩展状态观测器，利用观测器对永磁同步电机外部负载扰动进行观测，获得负载扰动观测值，将永磁同步电机转速误差通过转换函数转换成对应的转换误差；根据永磁同步电机数学模型，利用负载扰动观测值和转换误差通过反步法设计永磁同步电机的控制器；利用所述控制器实现对永磁同步电机转速控制。本发明专利技术适用于永磁同步电机控制。同步电机控制。同步电机控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据驱动的永磁同步电机预设性能控制方法


[0001]本专利技术属于电机控制


技术介绍

[0002]永磁同步电机由于其高效率、高功率密度等优点被广泛应用于现代工业的各种场合。但是由于永磁同步电机是一个强耦合、强非线性的系统，工业场景下越来越多高要求的性能给永磁同步电机的控制带来了极大的挑战。
[0003]一方面，一些传统的控制方法，如PI控制，已经无法满足高性能领域的控制需求，许多非线性控制方法应运而生，如滑模控制，模糊逻辑控制等。但是这些方法只能在暂态或稳态上进行非量化的提升，所带来的提升不一定能够完全满足某种工业场景性能需求。而工业场景中对永磁同步电机转速性能设定的需求在逐步增加，但是现有电机控制方法并无法满足使电机精确运行在预设边界内。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是为了解决现有电机控制存在电机转速误差无法满足性能设定的问题，提出了一种基于数据驱动的永磁同步电机预设性能控制方法。
[0005]本专利技术所述一种基于数据驱动的永磁同步电机预设性能控制方法，包括：
[0006]步骤一、根据永磁同步电机数学模型设计线性扩展状态观测器，利用观测器对永磁同步电机外部负载扰动进行观测，获得负载扰动观测值
[0007]步骤二、将永磁同步电机转速误差通过转换函数转换成对应的转换误差ε；
[0008]步骤三、根据永磁同步电机数学模型，利用负载扰动观测值和转换误差ε通过反步法设计永磁同步电机的控制器；利用所述控制器实现对永磁同步电机转速控制。/>[0009]进一步地，本专利技术中，步骤一中，永磁同步电机数学模型为：
[0010][0011][0012][0013]其中，i
q
，i
d
分别为q
‑
，d
‑
轴电流，u
q
，u
d
分别为q
‑
，d
‑
轴电压，L
q
，L
d
分别为q
‑
， d
‑
轴电感，ψ
f
为磁链，为电磁转矩，p
n
为极对数，ω为永磁同步电机机械转速，ω
e
为永磁同步电机电转速，T
L
为负载转矩，J为转动惯量，B为摩擦系数，R
s
为定子电阻，为微分算子。
[0014]进一步地，本专利技术中，
[0015]磁链：
[0016]q
‑
轴电感：
[0017]d
‑
轴电感：
[0018]转动惯量：J＝J0+ΔJ；
[0019]摩擦系数：B＝B0+ΔB；
[0020]定子电阻：
[0021]其中，J0，B0，分别为磁链、q
‑
轴电感、d
‑
轴电感、转动惯量、摩擦系数和定子电阻的标称值；Δψ
f
，ΔL
q
，ΔL
d
，ΔJ，ΔB，ΔR
s
分别为磁链、q
‑
轴电感、 d
‑
轴电感、转动惯量、摩擦系数和定子电阻的不确定性量。
[0022]进一步地，本专利技术中，步骤一中，根据永磁同步电机数学模型设计线性扩展状态观测器的过程为：
[0023]步骤一一、根据永磁同步电机数学模型，建立考虑模型不确定性和负载扰动的永磁同步电机数学模型；
[0024][0025][0026][0027]其中，h1为由参数不确定性引起的转速方程内部扰动；
[0028]d为外部负载扰动，
[0029]h2为由参数不确定性引起的q
‑
轴电流方程内部扰动；
[0030][0031]h3为由参数不确定性引起的d
‑
轴电流方程内部扰动；
[0032][0033]为的导数，为q
‑
轴电流的参考值；
[0034]步骤一二、利用考虑模型不确定性和负载扰动的永磁同步电机数学模型，设计线性扩展状态观测器：
[0035][0036][0037]其中，为θ
1*
的估计值，θ
1*
为内部扰动的最优权重向量，是ω的观测值，为d的观测值，是的导数，是的导数，d为外部负载扰动，l1和l2为线性扩展状态观测器的增益，l1和l2为正常数，φ1为基函数向量。
[0038]进一步地，本专利技术中，步骤一一中，参数不确定性引起的转速方程内部扰动h1、由参数不确定性引起的q
‑
轴电流方程内部扰动h2和由参数不确定性引起的d
‑
轴电流方程内部扰动h3采用径向基神经网络近似获取：
[0039]h1＝θ
1*T
φ1(i
q
，ω)+∈1[0040][0041][0042]其中，分别为三种扰动的最优权重向量，θ
1*
为由参数不确定性引起的转速方程内部扰动的最优权重向量，为由参数不确定性引起的q
‑
轴电流方程内部扰动的最优权重向量，为由参数不确定性引起的d
‑
轴电流方程内部扰动的最优权重向量，θ
j1*
,θ
j2*
,...,θ
jl*
为最优权重向量的l个权重系数，l为权重向量的维度；φ
j
(X
j
)＝[φ
j1
(X
j
),φ
j2
(X
j
),...,φ
jl
(X
j
)]T
为基函数向量，φ
j1
(X
j
),φ
j2
(X
j
),...,φ
jl
(X
j
)为基函数向量的l个基函数，φ
j
(X
j
)代表函数向量与状态向量X
j
有关的函数，X
j
为包含电机状态的向量，X1＝[i
q
,ω]，X2＝X3＝[i
q
,i
d
,ω
e
]，∈1为参数不确定性引起的q
‑
轴电流方程内部扰动的估计误差，∈2为由参数不确定性引起的q
‑
轴电流方程内部扰动的估计误差，∈3为由参数不确定性引起的d
‑
轴电流方程内部扰动的估计误差，基函数采用高斯函数其中，σ为高斯函数的宽度，为高斯函数的中心，π为圆周率的值，e为指数函数，‖
·
‖2为欧拉范数，[
·
]T
代表向量的转置。
[0043]进一步地，本专利技术中，步骤二中，转换误差ε为：
[0044][0045]其中，ε为转换误差，ρ(t)＝(ρ0‑
ρ
∞<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数据驱动的永磁同步电机预设性能控制方法，其特征在于，包括：步骤一、根据永磁同步电机数学模型设计线性扩展状态观测器，利用观测器对永磁同步电机外部负载扰动进行观测，获得负载扰动观测值步骤二、将永磁同步电机转速误差通过转换函数转换成对应的转换误差ε；步骤三、根据永磁同步电机数学模型，利用负载扰动观测值和转换误差ε通过反步法设计永磁同步电机的控制器；利用所述控制器实现对永磁同步电机转速控制。2.根据权利要求1所述的一种基于数据驱动的永磁同步电机预设性能控制方法，其特征在于，步骤一中，永磁同步电机数学模型为：学模型为：学模型为：其中，i
q
，i
d
分别为q
‑
，d
‑
轴电流，u
q
，u
d
分别为q
‑
，d
‑
轴电压，L
q
，L
d
分别为q
‑
，d
‑
轴电感，ψ
f
为磁链，为电磁转矩，p
n
为极对数，ω为永磁同步电机机械转速，ω
e
为永磁同步电机电转速，T
L
为负载转矩，J为转动惯量，B为摩擦系数，R
s
为定子电阻，为微分算子。3.根据权利要求2所述的一种基于数据驱动的永磁同步电机预设性能控制方法，其特征在于，磁链：q
‑
轴电感：d
‑
轴电感：转动惯量：J＝J0+ΔJ；摩擦系数：B＝B0+ΔB；定子电阻：其中，分别为磁链、q
‑
轴电感、d
‑
轴电感、转动惯量、摩擦系数和定子电阻的标称值；Δψ
f
，ΔL
q
，ΔL
d
，ΔJ，ΔB，ΔR
s
分别为磁链、q
‑
轴电感、d
‑
轴电感、转动惯量、摩擦系数和定子电阻的不确定性量。4.根据权利要求2所述的一种基于数据驱动的永磁同步电机预设性能控制方法，其特征在于，步骤一中，根据永磁同步电机数学模型设计线性扩展状态观测器的过程为：步骤一一、根据永磁同步电机数学模型，建立考虑模型不确定性和负载扰动的永磁同步电机数学模型；
其中，h1为由参数不确定性引起的转速方程内部扰动；d为外部负载扰动，h2为由参数不确定性引起的q
‑
轴电流方程内部扰动；h3为由参数不确定性引起的d
‑
轴电流方程内部扰动；轴电流方程内部扰动；为的导数，为q
‑
轴电流的参考值；步骤一二、利用考虑模型不确定性和负载扰动的永磁同步电机数学模型，设计线性扩展状态观测器：展状态观测器：其中，为的估计值，为内部扰动的最优权重向量，是ω的观测值，为d的观测值，是的导数，是的导数，d为外部负载扰动，l1和l2为线性扩展状态观测器的增益，l1和l2为正常数，φ1为基函数向量。5.根据权利要求4所述的一种基于数据驱动的永磁同步电机预设性能控制方法，其特征在于，步骤一一中，参数不确定性引起的转速方程内部扰动h1、由参数不确定性引起的q
‑
轴电流方程内部扰动h2和由参数不确定性引起的d
‑
轴电流方程内部扰动h3采用径向基神经网络近似获取：网络近似获取：网络近似获取：其中，分别为三种扰动的最优权重向量，为由参数不确定性引起的转速方程内部扰动的最优权重向量，为由参数不确定性引起的q
‑
轴电流方程
内部扰动的最优权重向量，为由参数不确定性引起的d
‑
轴电流方程内部扰动的最优权重向量，θ
j1*
,θ
j2*
,...,θ
jl*
为最优权重向量的l个权重系数，l为权重向量的维度；φ
j
(X
j
)＝[φ
j1
(X
j
),φ
j2
(X
j
),...,φ
jl
(X
j
)]
T
为基函数向量，φ
j1
(X
j
),φ
j2
(X
j
),...,φ
jl
(X
j
)为基函数向量的l个基函数，φ
j
(X
j
)代表函数向量与状态向量X
j
有关的函数，X
j
为包含电机状态的向量，X1＝[i
q
,ω]，X2＝X3＝[i
q
,i
d
,ω
e
]，∈1为参数不确定性引起的q
‑
轴电流方程内部扰动的估计误差，∈2为由参数不确定性引起的q
‑
轴电流方程内部扰动的估计误差，∈3为由参数不确定性引起的d
‑
轴电流方程内部扰动的估计误差，基函数采用高斯函数其中，σ为高斯函数的宽度，为高斯函数的中心，π为圆周率的值，e为指数函数，‖
·
‖2为欧拉范数，[
·
]
T
代表向量的转置。6.根据权利要求5所述的一种基于数据驱动的永磁同步电机预设性能控制方法，其特征在于，步骤二中，转换误差ε为：其中，ε为转换误差，ρ(t)＝(ρ0‑
ρ
∞
)e
‑
αt
+ρ
∞
为预设性能函数，t为时间，ρ0＞0为预设性能函数的初始值，ρ
∞
＞0为预设性能函数在时间趋于正无穷时的极限值，ρ0＞ρ
∞
，α为预设性能函数的衰减速度参数，为逻辑函数，z1(t)＝ω
‑
ω
*
为转速误差，ω
*
为永磁同步电机机械转速参考值。7.根据权利要求5所述的一种基于数据驱动的永磁同步电机预设性能控...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘发刚，林欣魄，赵悦，张博，董鑫，房淑贤，徐睿琦，王子恒，岳立国，高原，张宝宇，刘壮，刘健行，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：