CN108880357A - 永磁同步电机的自适应非光滑电流跟踪控制方法 - Google Patents

永磁同步电机的自适应非光滑电流跟踪控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机的自适应非光滑电流跟踪控制方法，将非光滑控制项与自适应控制项有机结合，获取给定交轴电流值、直轴电流值；通过传感器获取永磁同步电机当前的交轴电流值、直轴电流值及转子电角速度；计算得到误差向量、回归矩阵；计算得到参数部分的估计值；计算非光滑控制项；输出控制结果。本发明将非光滑控制与自适应控制的优点相结合，利用永磁同步电机电流环的耦合等特性，一方面在控制器中引入非光滑控制提高电流跟踪快速性及抗扰动能力，另一方面，通过在线自适应提高电流跟踪控制的鲁棒性及控制精度，使得永磁同步电机具有较好的电流跟踪动态与静态品质。

Description

永磁同步电机的自适应非光滑电流跟踪控制方法
技术领域
本发明涉及同步电机领域，尤其涉及永磁同步电机的自适应非光滑电流跟踪控制方法。
背景技术
目前在永磁同步电机的高品质电流跟踪控制方面主要有以下几种方法：一是利用传统的自适应控制方法设计控制器，该类方法可以消除参数不确定性的影响，但在电流跟踪误差收敛速度及外部扰动的抑止方面性能有限；二是利用滑模变结构控制方法设计滑模控制器，这类方法可以使得系统状态在滑模面上对参数摄动和外干扰时具有不变性，且具有无需系统在线辨识参数、物理实现简单等优点。但在实际应用中存在抖振问题，因此工程应用方面存在较大困难。三是主动电阻(阻抗)控制，通过加入虚拟阻抗，提高了电流环的抗扰动能力，降低了参数误差的敏感性。但系统在不同的电机参数下，无法保证稳定的电路控制品质。
因此，设计一种具有自适应能力的永磁同步电机非光滑电流跟踪控制方法，在高性能永磁同步电机伺服系统领域中的应用实属必要。
发明内容
本发明的目的是设计一种永磁同步电机的自适应非光滑电流跟踪控制方法。
为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种永磁同步电机的自适应非光滑电流跟踪控制方法，将非光滑控制项与自适应控制项有机结合，具体包括：
步骤一，获取给定交轴电流值Iqr、直轴电流值Idr；
通过传感器获取永磁同步电机当前的交轴电流值Iq、直轴电流值Id及转子电角速度we；
步骤二，计算得到误差向量z、回归矩阵Φ；
其中，误差向量z＝[Id-Idr Iq-Iqr]T，回归矩阵 式中为给定交轴电流值的微分，为给定直轴电流值的微分；
步骤三，计算得到参数部分的估计值参数部分的估计值通过下式确定
其中，dσ表示时间的微分，t表示当前时间；
vi表示向量Γ-1β的第i个元素，分别为第i个待估计参数的上限和下限值，
步骤四，计算非光滑控制项f(z)；非光滑控制项f(z)通过下式确定
f(z)＝-Ksig(z)α，K＞0
其中运算符号sig(ξ)α定义如下
sig(ξ)α＝[|ξ1|αsign(ξ1)...|ξn|αsign(ξn)]T
ξ＝[ξ1 ... ξn]T
其中sign(·)为符号函数，α为控制参数，0＜α＜1；K为对角控制增益矩阵；
步骤五，非光滑控制项与自适应控制项输出为
作为本发明的一种优选，给定交轴电流值的微分可以通过差分计算得到，即其中Iqr(k)表示当前控制周期的给定交轴电流值，Iqr(k-1)表示前一控制周期的给定交轴电流值；
给定直轴电流值的微分可以通过差分计算得到，即 其中Idr(k)表示当前控制周期的给定直轴电流值，Idr(k-1)表示前一控制周期的给定直轴电流值。
本发明的有益效果是：
本发明将非光滑控制与自适应控制的优点相结合，利用永磁同步电机电流环的耦合等特性，一方面在控制器中引入非光滑控制提高电流跟踪快速性及抗扰动能力，另一方面，通过在线自适应提高电流跟踪控制的鲁棒性及控制精度，使得永磁同步电机具有较好的电流跟踪动态与静态品质。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，一种永磁同步电机的自适应非光滑电流跟踪控制方法，将非光滑控制项与自适应控制项有机结合，具体包括：
步骤一，获取给定交轴电流值Iqr、直轴电流值Idr；
通过传感器获取永磁同步电机当前的交轴电流值Iq、直轴电流值Id及转子电角速度we；
步骤二，计算得到误差向量z、回归矩阵Φ；
其中，误差向量z＝[Id-Idr Iq-Iqr]T，回归矩阵 式中为给定交轴电流值的微分，为给定直轴电流值的微分；
给定交轴电流值的微分可以通过差分计算得到，即 其中Iqr(k)表示当前控制周期的给定交轴电流值，Iqr(k-1)表示前一控制周期的给定交轴电流值；
给定直轴电流值的微分可以通过差分计算得到，即 其中Idr(k)表示当前控制周期的给定直轴电流值，Idr(k-1)表示前一控制周期的给定直轴电流值。
步骤三，计算得到参数部分的估计值参数部分的估计值由 投影自适应律获得，具体通过下式确定
其中，dσ表示时间的微分，t表示当前时间；
vi表示向量Γ-1β的第i个元素，分别为第i个待估计参数的上限和下限值，
步骤四，计算非光滑控制项f(z)；非光滑控制项f(z)通过下式确定
f(z)＝-Ksig(z)α，K＞0
其中运算符号sig(ξ)α定义如下
sig(ξ)α＝[|ξ1|αsign(ξ1) ... |ξn|αsign(ξn)]T
ξ＝[ξ1 ... ξn]T
其中sign(·)为符号函数，α为控制参数，0＜α＜1；K为对角控制增益矩阵；
步骤五，非光滑控制项与自适应控制项输出为
最后将U转换空间矢量电压，驱动逆变器输出。
所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种永磁同步电机的自适应非光滑电流跟踪控制方法，其特征在于，将非光滑控制项与自适应控制项有机结合，具体包括：
步骤一，获取给定交轴电流值Iqr、直轴电流值Idr；
通过传感器获取永磁同步电机当前的交轴电流值Iq、直轴电流值Id及转子电角速度we；
步骤二，计算得到误差向量z、回归矩阵Φ；
其中，误差向量z＝[Id-Idr Iq-Iqr]T，回归矩阵 式中为给定交轴电流值的微分，为给定直轴电流值的微分；
步骤三，计算得到参数部分的估计值参数部分的估计值通过下式确定
其中，dσ表示时间的微分，t表示当前时间；
vi表示向量Γ-1β的第i个元素，分别为第i个待估计参数的上限和下限值，
步骤四，计算非光滑控制项f(z)；非光滑控制项f(z)通过下式确定
f(z)＝-Ksig(z)α，K＞0
其中运算符号sig(ξ)α定义如下
sig(ξ)α＝[|ξ1|αsign(ξ1) ... |ξn|αsign(ξn)]T
ξ＝[ξ1 ... ξn]T
其中sign(·)为符号函数，α为控制参数，0＜α＜1；K为对角控制增益矩阵；
步骤五，非光滑控制项与自适应控制项输出为
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的自适应非光滑电流跟踪控制方法，其特征在于，给定交轴电流值的微分可以通过差分计算得到，即其中Iqr(k)表示当前控制周期的给定交轴电流值，Iqr(k-1)表示前一控制周期的给定交轴电流值；
给定直轴电流值的微分可以通过差分计算得到，即 其中Idr(k)表示当前控制周期的给定直轴电流值，Idr(k-1)表示前一控制周期的给定直轴电流值。
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