【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于特种电机控制，具体涉及一种滑模观测器的拼接弧线电机模型预测控制方法。
技术介绍
1、拼接弧线永磁同步电机具有功率因数高、鲁棒性好及维护成本低等优点，近年来在天文仪器领域用于大型望远镜方位轴驱动。由于拼接弧线电机是一种非线性的复杂系统，传统的电机矢量控制易受到内外部干扰和负载、转速变化的影响，已经不能满足电机的高精度需求，故需要一种考虑全面的先进控制理论来提高电机系统的稳定性和精度。
2、目前对矢量控制的改进研究取得了一定的进展，常见的一些方法有分数阶控制、模糊控制、模型预测控制、变结构控制、哈密顿模型控制、adrc控制以及如粒子群算法、果蝇算法、狼群算法等一系列的优化算法控制等，并与pid控制结合起来用于电机调速控制取得了一定的进展。但是这些算法有一些劣势，比如分数阶pid控制需要调节的参数较多、模糊pid控制的模糊规则还需要进一步优化等，因此，实现拼接弧线电机的高性能控制还需要多方面的进行改善。
3、传统的滑模控制难以抑制其固有抖振，现阶段设计通常采用改进线性滑模面提高其收敛性和响应速度，如快速非奇异终端滑模面、分数阶滑模面、积分滑模面等；改进趋近律使用的开关函数从而抑制由于切换的不连续性带来的抖振，如使用sigmoid函数、双曲正弦函数、饱和函数等，又可以结合分数阶、模糊等理论改善趋近律结构，加快状态变量响应能力。
技术实现思路
1、解决的技术问题：针对现有技术中拼接弧线电机在传统控制下存在输出精度不够、系统鲁棒性不佳、相电流波形存在抖振等
2、技术方案：
3、一种滑模观测器的拼接弧线电机模型预测控制方法，所述拼接弧线电机模型预测控制方法包括以下步骤：
4、步骤1：根据电机的期望转速和编码器反馈转速获取拼接弧线电机的转速误差；
5、步骤2：基于超螺旋滑模控制器控制拼接弧线电机的转速误差得到q轴参考电流；
6、步骤3：分析参数不确定对电机控制系统造成的扰动，设计拼接弧线电机的滑模扰动观测器；通过编码器测得电机角速度，通过电流采样得到d-q轴电流，将电机角速度和d-q轴电流分别代入滑模扰动观测器中，得到扰动估计值和d-q轴电流补偿值；
7、步骤4：对拼接弧线电机的电压方程进行离散化处理，得到拼接弧线电机的电流预测模型；
8、步骤5：将扰动估计值和d-q轴电流补偿值代入电流预测模型中；再将电压矢量分别作用于电流预测方程中，得到对应预测的电流值；
9、步骤6：将d-q轴参考电流和预测的电流值代入最小化价值函数中，利用最小价值函数确定最小电流，得到最小电流所对应的最优电压矢量。
10、进一步地，步骤2中，采用含陡度因子的双曲正切函数设计改进超螺旋滑模速度控制器：
11、
12、式中：u1代表状态，u2是测量输出，k1、k2为设计参数，α为幂次变量。
13、其中，含陡度因子的双曲正切函数表达式为：
14、
15、式中：s为滑模面，b为陡度因子。
16、进一步地，步骤3中，滑模扰动观测器的模型方程为：
17、
18、式中：ud、uq是d-q轴电压，iq、id为d-q轴电流，r为定子电阻，l为电感，ωe为电角速度，ψf为磁链，是d-q轴参数失配所造成的扰动估计值，分别为d轴和q轴电流估计值，fds、fqs为d-q轴滑模控制函数，kd和kq为d-q轴控制器可调参数。
19、进一步地，步骤3中，滑模控制函数的计算过程包括以下步骤：
20、通过d-q轴估计电流和实际电流误差，设计观测器的d轴和q轴的滑模面分别为：s1＝e1，s2＝e2；
21、式中：
22、设计基于含陡度因子的双曲正切函数的滑模对数函数趋近律为：
23、
24、式中，k1、k2、k3皆为正数；0＜a＜1；v＞0且为偶数；ε为可调参数；tanh(bs)含义同超螺旋滑模速度控制器。
25、通过所设计的趋近律分别结合d轴和q轴的滑模面，以及扰动观测器的模型方程，这样可计算得到d轴和q轴的滑模控制函数fds、fqs：
26、
27、进一步地，步骤4中，将系统离散化，则滑模观测器输出的k+1时刻的补偿电流和k时刻的估计扰动代入到预测模型电流方程中得到k+2时刻的电流模型预测方程：
28、
29、式中：ts表示采样时间。
30、进一步地，步骤6中，将超螺旋控制器输出的q轴参考电流d轴参考电流以及预测的k+2时刻的实际电流id、iq分别代入代价函数g：得到的最小电流对应最优电压矢量。
31、有益效果：
32、第一，本专利技术的滑模观测器的拼接弧线电机模型预测控制方法，在多个方面对拼接弧线电机的控制系统进行改进，传统的电机速度环控制采用pi控制器，需要依靠经验调参，本专利技术采用改进超螺旋速度控制器，有效抑制滑模抖振，并保证了滑模的快速响应和抗干扰能力。对于电流环，传统控制采用pi控制器不能满足电流环的精度要求和鲁棒性，本专利技术在模型预测控制的基础上，采用改进滑模观测器对模型参数进行实时更新补偿，有效提高了模型预测电流控制的准确性和精度；
33、第二，本专利技术的滑模观测器的拼接弧线电机模型预测控制方法，采用的速度超螺旋控制器和基于模型预测的滑模观测器，能够全面的考虑速度环和电流环对电机输出的影响，并利用滑模观测器对扰动进行补偿，有效提高系统的综合性能。
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1.一种滑模观测器的拼接弧线电机模型预测控制方法，其特征在于，所述拼接弧线电机模型预测控制方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的滑模观测器的拼接弧线电机模型预测控制方法，其特征在于，步骤2中，采用含陡度因子的双曲正切函数设计改进超螺旋滑模速度控制器：
3.根据权利要求1所述的滑模观测器的拼接弧线电机模型预测控制方法，其特征在于，步骤3中，滑模扰动观测器的模型方程为：
4.根据权利要求3所述的滑模观测器的拼接弧线电机模型预测控制方法，其特征在于，步骤3中，滑模控制函数的计算过程包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的滑模观测器的拼接弧线电机模型预测控制方法，其特征在于，步骤4中，将系统离散化，则滑模观测器输出的k+1时刻的补偿电流和k时刻的估计扰动代入到预测模型电流方程中得到k+2时刻的电流模型预测方程：
6.根据权利要求1所述的滑模观测器的拼接弧线电机模型预测控制方法，其特征在于，步骤6中，按电流误差最小平方设计代价函数g，将超螺旋控制器输出的q轴参考电流d轴参考电流以及预测的k+2时刻的实际电流id、iq分别代入
...【技术特征摘要】
1.一种滑模观测器的拼接弧线电机模型预测控制方法，其特征在于，所述拼接弧线电机模型预测控制方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的滑模观测器的拼接弧线电机模型预测控制方法，其特征在于，步骤2中，采用含陡度因子的双曲正切函数设计改进超螺旋滑模速度控制器：
3.根据权利要求1所述的滑模观测器的拼接弧线电机模型预测控制方法，其特征在于，步骤3中，滑模扰动观测器的模型方程为：
4.根据权利要求3所述的滑模观测器的拼接弧线电机模型预测控制方法，其特征在于，步骤3中，滑模...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋晓莉，曹兆锦，范壬秋，刘鑫，
申请(专利权)人：中国科学院南京天文光学技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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