本发明专利技术公开了基于混合终端滑模的直线振荡电机控制方法及系统，属于直线振荡电机控制技术领域，所述方法基于模型参考自适应方法，将直线振荡电机速度状态方程作为参考模型，构建可调模型；基于波波夫超稳定性定理，推导参数自适应律以实时调节观测速度与参考速度之间的误差；设计参数鲁棒性更强的终端滑模观测器作为系统参考模型，并将其估算速度作为可调模型的参考速度；采用二阶广义积分器对终端滑模观测器估算的速度信号进行滤波，得到行程估算信号以实现无位置传感器活塞行程闭环控制。通过本发明专利技术，能够获得较为精确的谐振频率跟踪信号，并同时实现无位置传感器活塞行程与谐振频率跟踪闭环控制。频率跟踪闭环控制。频率跟踪闭环控制。
【技术实现步骤摘要】
基于混合终端滑模的直线振荡电机控制方法及系统
[0001]本专利技术属于直线振荡电机控制
，更具体地，涉及基于混合终端滑模的直线振荡电机控制方法及系统。
技术介绍
[0002]传统压缩机通常由旋转电机驱动，利用曲柄连杆结构将旋转运动转化为直线运动。由于机械结构的限制，该类压缩机存在效率低、机械损耗大、活塞行程不可调节等缺点。为了提高传统压缩机的运行效率，直线压缩机近年来受到了广泛学者的关注。直线压缩机由直线振荡电机驱动，它可以直接将电能转化为直线运动的机械能，而不需要使用曲柄连杆结构。与传统旋转式压缩机相比，具有结构简单、噪音低、活塞行程可控等优点。
[0003]由于直线振荡电机内部结构中含有辅助弹簧，这会对压缩机系统产生一定影响。只有当电机运行在谐振频率点时，辅助弹簧的影响最小，此时系统可获得最大输出效率。因此，有必要对直线振荡电机进行谐振频率跟踪控制。此外，由于直线振荡电机的活塞行程是不受限的，当行程超过额定值时，会发生撞缸。因此，为保证压缩机系统安全可靠运行，还需要对活塞行程进行控制。
[0004]传统谐振频率跟踪控制方法大多基于位移电流相角差关系，需要位置传感器或无位置传感器估算算法提供活塞行程信号，在无位置传感器条件下谐振频率跟踪精度将因估算行程不准确而降低。近年来，有学者将模型参考自适应方法应用于直线振荡电机，通过参数辨识方式，将含有谐振频率信息的参数辨识出来，从而得到系统谐振频率。该方法不依赖电机行程信号，具有辨识精度高，收敛速度快等优势。然而，其采用传统开环反电动势方法获得速度参考信号，该速度估算方法存在估算精度低，受参数影响大等缺点。参考模型提供的速度信号不精确将会降低系统谐振频率的跟踪精度。综上，传统基于模型参考自适应的谐振频率跟踪控制方法虽然提供了一种新颖的谐振频率跟踪思路，但其受参考模型准确度的影响较大，估算精度有待提高。
技术实现思路
[0005]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了基于混合终端滑模的直线振荡电机控制方法及系统，其目的在于提高谐振频率估算精度，同时实现谐振频率跟踪与无位置传感器行程闭环控制。
[0006]为实现上述目的，本专利技术一方面提供了基于混合终端滑模的直线振荡电机控制方法，包括以下步骤：
[0007]S1.对直线振荡电机机械方程进行变形，得到速度状态方程，并基于模型参考自适应方法构建系统可调模型；
[0008]S2.通过可调模型和参考模型得到一阶速度误差方程，并构建误差反馈系统；
[0009]S3.基于波波夫超稳定性定理，推导参数自适应律，利用辨识到的参数与系统谐振频率之间的关系，得到估算的谐振频率；
[0010]S4.将直线振荡电机电压方程改写成电流状态方程，构建终端滑模观测器以重构反电动势信息，采用二阶非奇异终端滑模面并引入指数趋近律以设计观测器的控制律；利用重构的反电动势与速度之间的关系，得到估算的速度信号；
[0011]S5.采用二阶广义积分器对终端滑模观测器估算的速度信号进行滤波，滤波后的速度信号作为可调模型的参考速度，滤波后的正交信号用于活塞行程闭环控制。
[0012]进一步地，步骤S1所述的方法包括：
[0013]直线振荡电机机械方程为：
[0014][0015]其中，M为活塞动子质量，x为活塞行程信号，i为电机电流，F
e
为电磁推力，K
i
为电磁推力系数，K为等效弹簧弹性系数，C为等效阻尼系数，且K和C满足K＝K
m
+K
g
，C＝C
m
+C
g
，其中，K
m
为机械弹性系数，K
g
为等效气体力弹性系数，C
m
为机械阻尼系数，C
g
为等效气体力阻尼系数。
[0016]速度状态方程为：
[0017][0018]其中，v为活塞速度信号，
[0019]基于模型参考自适应方法，将速度状态方程作为参考模型，构建的可调模型为：
[0020][0021]进一步地，步骤S2中所述的方法包括：
[0022]定义K
′
、C
′
分别代表K/M、C/M，利用可调模型减去参考模型，可得一阶速度误差方程的推导过程为：
[0023][0024]构建的误差反馈系统线性前向环节的传递函数为
[0025][0026]其中，σ为G(σ)的独立变量。
[0027]进一步地，步骤S3中所述的方法包括：
[0028]波波夫超稳定性定理需满足以下不等式：
[0029][0030]由上式可推导出参数自适应律为：
[0031][0032][0033]其中，k
pk
、k
ik
分别为参数的比例增益和积分增益系数，k
pc
、k
ic
分别为参数的比例增益和积分增益系数，和为积分初始值。
[0034]辨识到的参数与估算的谐振频率之间的关系为：
[0035][0036]进一步地，步骤S4中所述的方法包括：
[0037]直线振荡电机电压方程为：
[0038][0039]变形得到的电流状态方程为：
[0040][0041]构建的终端滑模观测器为：
[0042][0043]根据得到电流状态误差方程为：
[0044][0045]其中R
i
为电阻，L
i
为电感，e为反电动势，z
smo
为终端滑模控制律；
[0046]进一步地，二阶非奇异终端滑模面为：
[0047][0048]指数趋近律为：
[0049][0050]由二阶非奇异终端滑模面以及指数趋近律，可构建终端滑模控制律为：
[0051]z
smo
＝z
eq
+z
n
[0052]其中，z
eq
为等效控制律，z
n
为切换控制律，满足：
[0053][0054][0055]其中，p、q、δ、ρ、η、μ为设计参数，其中，p、q、δ、ρ、η、μ为设计参数，为反电动势e的一阶导数，η＞0，μ＞0，t
为积分上界，τ为积分变量。
[0056]由混合终端滑模控制律重构的反电动势为：
[0057][0058]观测的速度信号为：
[0059][0060]其中为估算的反电动势。
[0061]进一步地，步骤S5中所述的方法包括：
[0062]二阶广义积分器的传递函数为：
[0063][0064]其中，a为H(a)的独立变量，υ为输入信号，υ
′
为滤波信号，ω
c
为二阶广义积分器的截止频率，γ为滤波常数。
[0065]本专利技术还提供了基于混合终端滑模的直线振荡电机控制系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
[0066本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于混合终端滑模的直线振荡电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.对直线振荡电机机械方程进行变形，得到速度状态方程，并构建可调模型；S2.通过可调模型和参考模型得到一阶速度误差方程，并构建误差反馈系统；S3.基于波波夫超稳定性定理，推导参数自适应律，利用辨识到的参数与系统谐振频率之间的关系，得到估算的谐振频率；S4.将直线振荡电机电压方程改写成电流状态方程，构建终端滑模观测器以重构反电动势信息，采用二阶非奇异终端滑模面并引入指数趋近律以设计观测器的控制律；利用重构的反电动势与速度之间的关系，得到估算的速度信号；S5.对所述速度信号进行滤波，滤波后的速度信号作为可调模型的参考速度，滤波后的正交信号用于活塞行程闭环控制。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中直线振荡电机机械方程为：其中，M为活塞动子质量，x为活塞行程信号，i为电机电流，F
e
为电磁推力，K
i
为电磁推力系数，K为等效弹簧弹性系数，C为等效阻尼系数，且K和C满足K＝K
m
+K
g
，C＝C
m
+C
g
，其中，K
m
为机械弹性系数，K
g
为等效气体力弹性系数，C
m
为机械阻尼系数，C
g
为等效气体力阻尼系数；所述速度状态方程为：其中，v为活塞速度信号，所述构建的可调模型为：3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中一阶速度误差方程为：其中，K
′
、C
′
分别代表K/M、C/M；构建的误差反馈系统线性前向环节的传递函数为：其中，σ为G(σ)的独立变量。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，廖凯举，葛健，唐一融，成思伟，穆朝絮，苏诗湖，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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