【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于扰动补偿的层次非奇异终端滑模控制方法，属于永磁同步电机控制。
技术介绍
1、近年来，永磁同步电机以其结构简单、功率密度高、效率高等优点，在雕刻机、工业机器人等工业应用中得到了广泛的应用。然而，永磁同步电机是一个具有多时变参数的高度复杂非线性系统。随着现代工业的不断发展，对永磁同步电机控制性能的要求也越来越高，传统的线性比例积分(pi)控制方法无法为永磁同步电机系统提供足够的动态响应性能和鲁棒性。因此，出现了各种非线性控制策略，如自适应控制、反步控制、滑模控制(smc)、模型预测控制(mpc)。
2、为了达到良好的控制效果，需要实时调整反步控制的参数；自适应控制的收敛速度较快，但其鲁棒性难以保证。虽然mpc可以有效地避免上述问题，但mpc的控制精度容易受到干扰等因素的影响。而smc由于不受系统不确定性和干扰的影响而成为电机系统的热门选择。在大多数smc技术中，系统的鲁棒性在很大程度上依赖于大的开关切换函数的增益，但这往往会导致一种被称为抖振的问题。针对这一问题，已经提出了好多种解决方案。例如用饱和函数代替趋近律中的典型的切换函数；或者引入一种新的变指数离散时间趋近律。虽然这些方案降低了系统的抖振问题，同时也可能损害系统的鲁棒性和稳定性。
3、此外，为了获得更好的鲁棒性和削弱抖振，将扰动观测器和smc结合被认为是一种更好的选择。但现有技术中还存在一些问题利用线性扩张扰动观测器估计扰动量只能确保估计误差最终接近于零，从而导致较慢和较不准确的估计。因此，提高永磁同步电机控制的精度以及抗干扰性
技术实现思路
1、本专利技术在于提供一种基于扰动补偿的层次非奇异终端滑模控制方法，通过将pid滑模面与非奇异终端滑模控制相结合得到层次非奇异终端滑模面，能够提高滑模控制器的动态性能，采用终端切换律使得系统在滑模到达阶段可以实现有限时间稳定，再通过提出基于符号函数的有限时间扰动观测器，对电机运行过程中所受到的集总不确定性扰动进行观测，最后将层次非奇异终端滑模控制和扰动给观测器结合，提出混合鲁棒控制策略，所述混合鲁棒控制策略使得系统在实现较好抗干扰能力的同时保证了鲁棒性，实现了对永磁同步电机更为精准的控制。
2、为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的。
3、本专利技术提供一种基于扰动补偿的层次非奇异终端滑模控制方法，包括：
4、基于一种混合鲁棒控制策略对永磁同步电机进行控制；
5、其中，所述混合鲁棒控制策略的获得方法包括：
6、建立永磁同步电机的动态数学模型；
7、基于所述动态数学模型将pid滑模面与积分终端滑模面相结合得到层次非奇异终端滑模面；
8、采用基于终端的开关切换律构建层次非奇异终端滑模控制器；
9、基于所述动态数学模型构建基于符号函数的有限时间扰动观测器；
10、将层次非奇异终端滑模和有限时间扰动观测器结合，得到所述混合鲁棒控制策略。
11、可选地，所述建立永磁同步电机的动态数学模型，包括：
12、对永磁同步电机采用d轴电流id＝0矢量控制策略，得到永磁同步电机的动态数学模型：
13、
14、其中，id、iq分别表示为d轴和q轴的定子电流，lq表示为q轴的定子电感，r为定子电阻，pn为磁极数，ψf表示永磁磁链的赋值，b为粘度系数，j表示转动惯量，ωm表示转子转动的电角速度，tl表示负载转矩；
15、基于所述动态数学模型，得到永磁同步电机的速度环公式为：式中，b＝3pnψf/2j,f＝b(iq-iq*)+(-tl-bωm)/j，f为永磁同步电机系统的总扰动，iq*表示q轴定子输入电流，表示ωm的一阶导数。
16、可选地，所述基于所述动态数学模型将pid滑模面与积分终端滑模面相结合得到层次非奇异终端滑模面，包括：
17、速度跟踪误差e为：e＝ωref-ωm，式中，ωref为指定的机械角速度，ωm为永磁同步电机的实际机械角速度；
18、基于所述速度环公式得到速度跟踪误差状态方程：
19、
20、其中，表示e的一阶导数，表示e的二阶导数，表示ωm的二阶导数，表示f的一阶导数；
21、基于转速跟踪误差方程，将pid滑模面设计为内环：
22、
23、其中，k1为比例系数，k2为微分系数，k3为积分系数，k1>0，k2>0，k3>0；
24、构造积分非奇异终端滑模面为外环滑模面；
25、基于所述pid滑模面以及所述积分非奇异终端滑模面，得到层次非奇异终端滑模面的形式如下：
26、
27、其中，t表示系统滑动的时间，p>0，q>0，0<λ<1。
28、可选地，所述采用基于终端的开关切换律构建层次非奇异终端滑模控制器：
29、
30、其中表示等效控制律，表示切换控制律，λ1、λ2是正常数。
31、可选地，所述基于所述动态数学模型构建基于符号函数的有限时间扰动观测器，包括：
32、令x1＝ωm，x2＝f，设计有限时间扰动观测器为：其中，分别表示x1、x2的估计值，e1、e2分别为系统状态变量，β1、β2表示观测器增益，其分别为大于零的常数；
33、构造基于符号函数的状态变量的非线性函数如下：
34、
35、可选地，所述混合鲁棒控制策略包括：
36、基于所述层次非奇异终端滑模控制器以及有限时间扰动观测器，将所述等效控制律和切换控制律更新为
37、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：针对永磁同步电机抗干扰能力以及动态响应性能，提出了一种将层次非奇异终端滑模控制器与有限时间干扰观测器相结合的方法。为了为了提高滑模控制器的动态性能，提出了将pid线性滑模面与积分非奇异终端滑模面相结合的层次非奇异终端滑模控制；为了在滑模到达阶段可以实现有限时间稳定，采用了终端切换律设计层次非奇异终端滑模控制器；为了对电机运行过程中所受到的集总不确定性扰动进行观测，提出了基于符号函数的有限时间扰动观测器；最终将所述层次非奇异终端滑模控制器于所述有限时间扰动观测器结合提出混合鲁棒控制策略，与比传统的pi、smc控制以及单纯的层次非奇异终端滑模控制有着更好的动态响应性能和抗扰能力。
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1.一种基于扰动补偿的层次非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于扰动补偿的层次非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，所述建立永磁同步电机的动态数学模型，包括：
3.根据权利要求2所述的基于扰动补偿的层次非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，所述基于所述动态数学模型将PID滑模面与积分终端滑模面相结合得到层次非奇异终端滑模面，包括：
4.根据权利要求3所述的基于扰动补偿的层次非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，所述采用基于终端的开关切换律构建层次非奇异终端滑模控制器：
5.根据权利要求4所述的基于扰动补偿的层次非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，所述基于所述动态数学模型构建基于符号函数的有限时间扰动观测器，包括：
6.根据权利要求5所述的基于扰动补偿的层次非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，所述混合鲁棒控制策略包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于扰动补偿的层次非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于扰动补偿的层次非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，所述建立永磁同步电机的动态数学模型，包括：
3.根据权利要求2所述的基于扰动补偿的层次非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，所述基于所述动态数学模型将pid滑模面与积分终端滑模面相结合得到层次非奇异终端滑模面，包括：
4.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘强，吴井秀，李守隆，潘宇，张磊，
申请(专利权)人：南京晓庄学院，
类型：发明
国别省市：
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