【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于永磁同步电机调速控制，具体的说是基于自适应增益超螺旋滑模控制的永磁电机无源控制方法。
技术介绍
1、目前，随着稀土永磁材料和电力功率器件的发展，永磁同步电机以其高转矩、高转动惯量比和高能量密度得到广泛关注。但是，对于永磁同步电机一个存在诸多耦合变量的非线性系统，并且永磁同步电机的控制精度会受到诸多外部因素干扰，如负载的突增突减、系统参数变化等。永磁同步电机作为一个多变量，非线性，强耦合的系统，在实际工程应用中所处环境较为复杂，且常存在干扰，如参数摄动、负载扰动等不确定性因素，如果不能很好的处理这些非线性不确定性因素，将会给永磁同步电机的伺服系统造成严重的危害。
2、针对上述问题，永磁同步电机实际应用的工业控制领域，一些算法也不断地被引用进来，如神经网络、模糊控制、自适应控制、无源控制、滑模变结构控制等，这些算法大幅提高了永磁同步电机的性能。且在这些算法中，滑模变结构控制以其极强的鲁棒性和快速的动态响应，被广泛应用在存在扰动的非线性系统中。以及无源控制是一种基于全局稳定的能量控制方法，因此这种控制策略对系统的外部干扰，参数变化有很强的适应能力。
3、在工业领域中，扰动的获取是十分困难的，并且在理论分析和实际参数选取时往往是需要知道扰动边界的，滑模变结构控制会在系统稳定时产生高频抖振，这些因素在一定程度上限制了滑模变结构控制在工程中的应用。
技术实现思路
1、本专利技术为解决上述问题，提出了基于自适应增益超螺旋滑模控制的永磁电机无源控制方法。该方法
2、本专利技术通过以下技术方案来实现：
3、基于自适应增益超螺旋滑模控制的永磁电机无源控制方法，在超螺旋滑模控制算法的基础上引入自适应增益控制率，将其设计为永磁同步电机双闭环控制系统中的自适应超螺旋滑模速度控制器，利用扰动观测器估算的总扰动前馈到速度控制器中进一步提高系统鲁棒性，从而实现永磁同步电机的高精度位置控制。
4、进一步的，同时根据能量平衡原理，在端口受控耗散哈密顿的基础上，利用互联、阻尼配置的方法获得反馈控制率从而设计了双闭环控制系统中的电流无源控制器。
5、进一步的，具体步骤为：
6、步骤1：采用id＝0控制策略，构建简化后的永磁同步电机输入输出动态数学模型；
7、步骤2：在永磁同步电机d-q轴同步旋转坐标系下的数学模型设计自适应超螺旋滑模速度控制器以及扰动观测器，具体为：
8、步骤2.1：基于高阶滑模技术下设计超螺旋滑模速度控制器；
9、步骤2.2：基于李雅普诺夫方法设计超螺旋滑模增益的自适应律，并选取李雅普诺夫函数来证明系统的稳定性；
10、步骤2.3：设计扰动观测器估算集总扰动前馈到速度控制器。
11、进一步的，还包括步骤3：在永磁同步电机d-q轴同步旋转坐标系下的数学模型设计电流无源控制器，具体为：
12、步骤3.1：建立永磁同步电机的pchd系统模型；
13、步骤3.2：对于pchd方程进行互联和阻尼配置设计得到电流无源控制器。
14、进一步的，所述步骤1建立永磁同步电机数学模型如下：
15、
16、采用id＝0的控制策略，将电机数学模型转化为：
17、
18、其中，ls为电机定子电感，iq为电机定子电流在q轴上的分量，tl为负载转矩，j为转动惯量，ωm为转子的机械角速度，b为摩擦系数，为电机磁链，pn为电机极对数。
19、进一步的，所述步骤2.1建立超螺旋滑模速度控制器模型表达式如下：
20、
21、其中α、β为控制器增益。
22、进一步的，所述步骤2.2中，速度环控制器的控制增益自适应律设计为：
23、
24、β＝2εα
25、式中ρ1、γ1、μ、ε、ξ、αsw均为正数，αsw为判断是否到达滑动模态的切换值，μ为判定是否脱离滑动模态的阈值。
26、进一步的，所设计的自适应超螺旋滑模速度环控制器为：
27、当α>αsw时：
28、
29、当α≤αsw时：
30、
31、进一步的，所述步骤2.3具体为：
32、取状态变量z1＝ω，x2＝d，假设扰动有上界，重构状态方程如下：
33、
34、建立扩张扰动观测器如下：
35、
36、其中是电角速度观测误差。
37、进一步的，所述步骤3.1根据电机的能量平衡原理得到永磁同步电机的pchd数学模型：
38、
39、所述步骤3.2包括：
40、在互联阻尼配置的基础上通过构造能量函数hd(x)，它在x*处取极小值，并设计反馈控制率u＝a(x)使得pchd系统具有如下形式：
41、
42、给定j(x)、r(x)、h(x)、g(x)和期望平衡点x*，若能找到反馈控制率u＝a(x)、j(d)、r(d)和一个矢量函数k(x)满足方程：
43、
44、则闭环系统在u＝a(x)的条件下具有pchd形式，能量函数hd(x)可以表示为：
45、
46、最终得到的电流无源控制器为：
47、
48、本专利技术的有益效果在于：
49、(1)在实际工程中系统的扰动很难获取，本专利技术利用超螺旋滑模中加入自适应律，可以有效解决上述问题，使得系统在不需要知道扰动边界前提下实现对永磁同步电机的控制；
50、(2)控制器的增益采用自适应律来控制，从而避免出现因控制器增益选取过大而导致的系统抖振过大的现象出现；
51、(3)采用无源电流控制器，使得系统对外部干扰，参数变化有很强的适应能力，提高系统的鲁棒性；
52、(4)超螺旋滑模算法以及无源控制算法对系统参数依赖程度不大，因此本专利技术还可推广到其它类似的控制系统中，解决这类扰动边界未知系统的控制问题；
53、(5)本专利技术可以提高系统的抗负载能力，简化了系统结构同时还提高了系统性能，实现较好的控制效果。
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1.基于自适应增益超螺旋滑模控制的永磁电机无源控制方法，其特征在于：在超螺旋滑模控制算法的基础上引入自适应增益控制率，将其设计为永磁同步电机双闭环控制系统中的自适应超螺旋滑模速度控制器，利用扰动观测器估算的总扰动前馈到速度控制器中进一步提高系统鲁棒性，从而实现永磁同步电机的高精度位置控制。
2.根据权利要求1所述的基于自适应增益超螺旋滑模控制的永磁电机无源控制方法，其特征在于：同时根据能量平衡原理，在端口受控耗散哈密顿的基础上，利用互联、阻尼配置的方法获得反馈控制率从而设计了双闭环控制系统中的电流无源控制器。
3.根据权利要求1所述的基于自适应增益超螺旋滑模控制的永磁电机无源控制方法，其特征在于：具体步骤为：
4.根据权利要求3所述的基于自适应增益超螺旋滑模控制的永磁电机无源控制方法，其特征在于：还包括步骤3：在永磁同步电机d-q轴同步旋转坐标系下的数学模型设计电流无源控制器，具体为：
5.根据权利3所述的基于自适应增益超螺旋滑模控制的永磁电机无源控制方法，其特征在于：所述步骤1建立永磁同步电机数学模型如下：
6.根据权
7.根据权利3所述的基于自适应增益超螺旋滑模控制的永磁电机无源控制方法，其特征在于：所述步骤2.2中，速度环控制器的控制增益自适应律设计为：
8.根据权利3所述的基于自适应增益超螺旋滑模控制的永磁电机无源控制方法，其特征在于：所设计的自适应超螺旋滑模速度环控制器为：
9.根据权利3所述的基于自适应增益超螺旋滑模控制的永磁电机无源控制方法，其特征在于：所述步骤2.3具体为：
10.根据权利4所述的基于自适应增益超螺旋滑模控制的永磁电机无源控制方法，其特征在于：所述步骤3.1根据电机的能量平衡原理得到永磁同步电机的PCHD数学模型：
...【技术特征摘要】
1.基于自适应增益超螺旋滑模控制的永磁电机无源控制方法，其特征在于：在超螺旋滑模控制算法的基础上引入自适应增益控制率，将其设计为永磁同步电机双闭环控制系统中的自适应超螺旋滑模速度控制器，利用扰动观测器估算的总扰动前馈到速度控制器中进一步提高系统鲁棒性，从而实现永磁同步电机的高精度位置控制。
2.根据权利要求1所述的基于自适应增益超螺旋滑模控制的永磁电机无源控制方法，其特征在于：同时根据能量平衡原理，在端口受控耗散哈密顿的基础上，利用互联、阻尼配置的方法获得反馈控制率从而设计了双闭环控制系统中的电流无源控制器。
3.根据权利要求1所述的基于自适应增益超螺旋滑模控制的永磁电机无源控制方法，其特征在于：具体步骤为：
4.根据权利要求3所述的基于自适应增益超螺旋滑模控制的永磁电机无源控制方法，其特征在于：还包括步骤3：在永磁同步电机d-q轴同步旋转坐标系下的数学模型设计电流无源控制器，具体为：
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：范波，胡庆炜，孙力帆，许惠，姜辰龙，张逸帆，黄国幸，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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