一种基于广义参数估计观测器的滑模控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于广义参数估计观测器的滑模控制方法及系统；将自然坐标系下的数学模型转换为三相永磁同步电机的d

【技术实现步骤摘要】
一种基于广义参数估计观测器的滑模控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种基于广义参数估计观测器的滑模控制方法及系统，属于永磁同步电机稳定控制


技术介绍

[0002]近年来，永磁同步电机由于具有高功率密度、高动态性能、高效率、低惯性、低噪声、等诸多优良特性，已被广泛应用于机器人、计算机数控机床、航空等诸多工业领域。传统的PID控制稳定性好，结构简单，容易调整，比例环节将误差按一定的比例反映便于快速调节；积分环节主要用来消除系统的静态误差；微分环节可以预见系统偏差的变化趋势可以很好地改善系统的动态性能。但对于复杂的系统会存在较大的误差，产生超调。由于永磁同步电机是非线性的，并且存在建模误差、不可避免的干扰以及参数的变化，仅仅通过PID控制已无法获得满意的性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于广义参数估计观测器的滑模控制方法及系统。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于广义参数估计观测器的滑模控制方法，包括：获取三相永磁同步电机的自然坐标系下的数学模型，通过Clark坐标变换和Park坐标变换，并选取永磁同步电机q轴电流作为状态变量，机械角速度ω
r
作为输出以及状态变量，将自然坐标系下的数学模型转换为三相永磁同步电机的d
‑
q轴同步旋转坐标系下的数学模型；根据所述d
‑
q轴同步旋转坐标系下的数学模型，基于广义参数估计观测理论将状态观测转化为参数估计，确定用于估计q轴电流i
q
和负载转矩T
L
的线性回归方程；处理所述的线性回归方程，使其符合激励条件，根据预先设置的广义参数估计观测器，确定q轴电流的估计值和负载转矩T
L
的估计值；根据广义参数估计观测器的估计信息，设计滑模控制器，根据滑模控制器得到控制量u
q
，对控制量u
q
进行逆Park坐标变换后，经由SVPWM模块得到三相逆变器的驱动信号，根据所述驱动信号调节三相逆变器的输出。
[0005]进一步的，所述d
‑
q轴同步旋转坐标系下的数学模型表示为：其中，为q轴电流对时间的导数，i
q
为q轴电流，R
s
为定子电阻，L为电感，φ
f
为永
磁体与定子交链的磁链，u
q
为q轴电压同时也是控制输入，ω
r
为转子的机械角速度，为转子的机械角速度对时间的导数，P为电机的极对数，J为转动惯量，B为粘滞摩擦系数，T
L
为负载转矩。
[0006]进一步的，所述线性回归方程为：q
e
为加入滤波器线性回归方程的可测量，m
e
为加入滤波器线性回归方程的回归因子，为线性回归方程的中间变量，，i
q0
为q轴电流初始值误差；为q轴电流初始值误差；为q轴电流初始值误差；s1为微分算子，α1、α2、β1、β2为滤波器参数，满足α1，α2≠0，β1，β2＞0，q1为未加入滤波器的线性回归方程的可测量，λ1为观测器增益，λ1＞0，m、ω为中间变量。
[0007]进一步的，求解中间变量m、ω，包括：基于广义参数估计观测器的理论，重构q轴电流i
q
，得到下式：其中，表示q轴电流i
q
的重构状态的导数，ξ
y
为q轴电流i
q
的重构状态；基于线性系统理论得到重构状态ξ
y
的状态转移矩阵X
Ax
：其中，为状态转移矩阵对时间的导数，X
Ax
(0)为状态转移矩阵的初始值；则q轴电流的真实值表示为：其中，为初始值误差，i
q
(0)表示q轴电流的初始值，ξ
y
(0)表示q轴电流i
q
的重构状态的初始值；重构，表示为：
然后将m和ω的式子转换成微分方程的形式，表示为：然后将m和ω的式子转换成微分方程的形式，表示为：其中，为状态转移矩阵的转置，m(0)为m的初始值；求解所述微分方程，得到中间变量m、ω。
[0008]进一步的，采用基于广义观测理论结合动态回归扩展方法确定所述q轴电流的估计值和负载转矩T
L
的估计值。
[0009]进一步的，所述确定滑模控制器的过程，包括：以给定机械角速度与传感器测得的机械角速度之差作为滑模控制器的输入，表示为：其中，e为滑模控制器的输入，为转子的机械角速度的参考值；设计滑模面s，表示为：其中，c为滑模面参数，满足c＞0，表示输入误差对时间的导数；结合广义参数估计观测器，得到控制律u
q
为：其中，sgn(s)为符号函数，为q轴电流i
q
的估计值，为负载转矩T
L
的估计值，a为中间参数，，k为控制率参数，k＞0。
[0010]一种基于广义参数估计观测器的滑模控制系统，包括：变换模块，用于获取三相永磁同步电机的自然坐标系下的数学模型，通过Clark坐标变换和Park坐标变换，并选取永磁同步电机q轴电流作为状态变量，机械角速度ω
r
作为输出以及状态变量，将自然坐标系下的数学模型转换为三相永磁同步电机的d
‑
q轴同步旋转坐标系下的数学模型；
第一确定模块，用于根据所述d
‑
q轴同步旋转坐标系下的数学模型，基于广义参数估计观测理论将状态观测转化为参数估计，确定用于估计q轴电流i
q
和负载转矩T
L
的线性回归方程；第二确定模块，用于处理所述的线性回归方程，使其符合激励条件，根据预先设置的广义参数估计观测器，确定q轴电流的估计值和负载转矩T
L
的估计值；输出模块，用于根据广义参数估计观测器的估计信息，设计滑模控制器，根据滑模控制器得到控制量u
q
，对控制量u
q
进行逆Park坐标变换后，经由SVPWM模块得到三相逆变器的驱动信号，根据所述驱动信号调节三相逆变器的输出。
[0011]本专利技术所达到的有益效果：（1）本专利技术基于广义参数估计观测器的滑模控制方法运用到永磁同步电机里，将状态观测转化为参数估计通过动态扩展与混合技术实现对q轴电流和负载转矩的同时估计。在保证系统稳定的前提下，减少了电流传感器的使用，降低了系统的成本，整个系统的可靠性也有所提高。
[0012]（2）本专利技术基于广义参数估计观测器的滑模控制方法运用到永磁同步电机，获得了较好的动态性能又提高了闭环系统抗干扰的能力和鲁棒性，使本专利技术在工程上可以很好的应用。
附图说明
[0013]图1是本专利技术的方法应用于永磁同步电机的控制框图；图2为永磁同步电机q轴电流的估计值和真实值；图3为永磁同步电机负载转矩T
L
估计值和真实值；图4为q轴电流的初始值；图5为机械角速度的输出值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于广义参数估计观测器的滑模控制方法，其特征在于，包括：获取三相永磁同步电机的自然坐标系下的数学模型，通过Clark坐标变换和Park坐标变换，并选取永磁同步电机q轴电流作为状态变量，机械角速度ω
r
作为输出以及状态变量，将自然坐标系下的数学模型转换为三相永磁同步电机的d
‑
q轴同步旋转坐标系下的数学模型；根据所述d
‑
q轴同步旋转坐标系下的数学模型，基于广义参数估计观测理论将状态观测转化为参数估计，确定用于估计q轴电流i
q
和负载转矩T
L
的线性回归方程；处理所述线性回归方程，使其符合激励条件，根据预先设置的广义参数估计观测器，确定q轴电流的估计值和负载转矩T
L
的估计值；根据广义参数估计观测器的估计信息，设计滑模控制器，根据滑模控制器得到控制量u
q
，对控制量u
q
进行逆Park坐标变换后，经由SVPWM模块得到三相逆变器的驱动信号，根据所述驱动信号调节三相逆变器的输出。2.根据权利要求1所述的基于广义参数估计观测器的滑模控制方法，其特征在于，所述d
‑
q轴同步旋转坐标系下的数学模型表示为：其中，为q轴电流对时间的导数，i
q
为q轴电流，R
s
为定子电阻，L为电感，φ
f
为永磁体与定子交链的磁链，u
q
为q轴电压同时也是控制输入，ω
r
为转子的机械角速度，为转子的机械角速度对时间的导数，P为电机的极对数，J为转动惯量，B为粘滞摩擦系数，T
L
为负载转矩。3.根据权利要求2所述的基于广义参数估计观测器的滑模控制方法，其特征在于，所述线性回归方程为：q
e
为加入滤波器线性回归方程的可测量，m
e
为加入滤波器线性回归方程的回归因子，为线性回归方程的中间变量，，i
q0
为q轴电流初始值误差；为q轴电流初始值误差；
s1为微分算子，α1、α2、β1、β2为滤波器参数，满足α1，α2≠0，β1，β2＞0，q1为未加入滤波器的线性回归方程的可测量，λ1为观测器增益，λ1＞0，m、ω为中间变量。4.根据权利要求3所述的基于广义参数估计观测器的滑模控制方法，其特征在于，求解中间变量m、ω，包括：基于广义参数估计观测器的理论，重构q轴电流i
q
，得到下式：其中，表示q轴电流i
q
的重构状态的导数，ξ
y
为q轴电流i
q
的重构状态；基于线性系统理论得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺伟，王想，李涛，宋公飞，郑柏超，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：