CN109617465B - 基于归一化投影算子的永磁同步电机位置跟踪控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种基于归一化投影算子的永磁同步电机位置跟踪控制方法包括:预设转子的给定位置轨迹信息，给定位置轨迹信息包括给定转角位置、给定转速、给定加速度；获取转子的当前转角位置、当前转速；根据给定转角位置、给定转速、当前转角位置、当前转速计算给定转速与当前转速之间的转速误差；根据给定转角位置、给定转速、当前转角位置、当前转速得到回归向量；根据转速误差获取非光滑控制项；根据转速误差与回归向量结合归一化处理方法计算参数部分的估计值；根据非光滑控制项、参数部分的估计值、回归向量来得到控制电流；本方法解决了自适应律增益调节困难的问题，改善自适应律收敛效率，消除了控制器的奇异问题。

Description

基于归一化投影算子的永磁同步电机位置跟踪控制方法

技术领域

本发明涉及永磁同步电机领域，特别涉及一种基于归一化投影算子的永磁同步电机位置跟踪控制方法。

背景技术

随着永磁同步电机领域的发展，许多永磁同步电机的高品质位置跟踪控制方法也得以产生，而目前主要的控制方法有如下几种：一是利用传统的自适应控制方法设计控制器来消除永磁同步电机工作时的参数不确定性的影响，但这种方式在永磁同步电机的转子的轨迹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来跟踪控制永磁同步电机，如申请号为201810265096.2的一种基于动态面的永磁同步电机自适应滑模控制方法，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，加大了工程应用方面的困难度；三是通过有限时间控制的方法来跟踪控制永磁同步电机，如专利申请号为201710434828.1的一种表贴式永磁同步电机转子位置检测方法，该方法具有更快的收敛速度，且稳态误差边界更小，具有更强的抗扰动能力，但对于负载变化不具有自适应能力，因此其控制品质受负载影响较大。

因此，一种基于归一化投影算子能改善自适应律收敛效率、永磁同步电机减小抖振、抗扰动能力、实现永磁同步电机的高性能位置跟踪控制的方法变得十分必要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种基于归一化投影算子的永磁同步电机位置跟踪控制方法，本发明能基于归一化投影算子对永磁同步电机的自适应非光滑位置进行跟踪控制。

本发明提供的一种基于归一化投影算子的永磁同步电机位置跟踪控制方法包括:预设转子的给定位置轨迹信息，所述给定位置轨迹信息包括给定转角位置、给定转速、给定加速度；获取转子的当前转角位置、当前转速；根据给定转角位置、给定转速、当前转角位置、当前转速计算所述给定转速与当前转速之间的转速误差；根据给定转角位置、给定转速、当前转角位置、当前转速得到回归向量；根据所述转速误差获取非光滑控制项；根据所述转速误差与回归向量结合归一化处理方法计算参数部分的估计值；根据非光滑控制项、参数部分的估计值、回归向量来得到控制电流，进而来对永磁同步电机的非奇异自适应非光滑位置进行控制。

进一步，“根据给定转角位置、给定转速、当前转角位置、当前转速计算所述给定转速与当前转速之间的转速误差”具体包括：通过下述公式获得给定转速与当前转速之间的转速误差，

z为转速误差，Xr为给定转角位置，

为给定转速，X为当前转角位置，

当前转速，α₁为控制参数，其中0＜α₁＜1，σ为光滑区域宽度，其中0<σ<1，k₁为控制增益，k₁>0；

其中QIN(x-x_r，α₁，σ)通过下述公式得到，

ξ＝[ξ₁...ξ_n] ^T，

上述公式中q₁＝σ^α-1，q₂＝-(α-1)σ^α-2，q₃＝(α-1)σ^α-3，e＝x-x_r，sign(·)为符号函数，

。

进一步，“根据给定转角位置、给定转速、当前转角位置、当前转速得到回归向量”具体包括：通过下述矩阵公式得到回归向量，

，

，

，

其中

为回归向量，q¹＝σ^α-1，q₂＝-(α-1)σ^α-2，q₃＝(α-1)σ^α-3，e＝x-x_r。

进一步，“根据所述转速误差获取非光滑控制项”具体包括：通过下述公式得到非光滑控制项，

其中，k₂为增益系数，k₂＞0，α₂为控制参数，0<α₂<1，f(z)为非光滑控制项，z为转速误差。

进一步，“根据所述转速误差与回归向量结合归一化处理方法计算参数部分的估计值”具体包括：通过下述公式得到参数部分的估计值，

其中dτ表示时间的微分，t表示当前时间，所述参数部分的估值为

，

为对动态估算值经归一化处理后的动态估计值，为静态估算值；

通过下述公式得

，

，

，

其中ε＞0为边界系数值，θ_max为待估计参数向量θ的上界，

表示函数g的梯度函数，<a，b>代表向量a、b的叉乘，‖c‖代表求向量c的范数值，Γ为自适应律增益矩阵为对角矩阵，归一化后各个增益尺度为1；通过下述公式得到

，

，其中

，

，θ_sup和θ_inf为待估计参数向量的上界和下界向量。

进一步，所述一种基于归一化投影算子的永磁同步电机位置跟踪控制方法，其特征在于：“根据非光滑控制项、参数部分的估计值、回归向量来得到控制电流，进而来对永磁同步电机的非奇异自适应非光滑位置进行控制”具体为通过下述公式得到控制电流，

其中i为控制电流，f(z)为非光滑控制项、

为回归向量、

为参数部分的估计值

；再通过将控制电流输入永磁同步电机中进而完成对永磁同步电机自适应非光滑位置进行跟踪控制。

本发明所提供的基于归一化投影算子的永磁同步电机的自适应非光滑位置跟踪控制方法，将自适应控制与非光滑控制相结合，同时采用归一化投影算子改进自适应律，针对性消除或抑制参数不确定及建模外扰动带来的影响，克服现有方法的不足，解决了自适应律参数调整困难的问题，改善自适应律收敛效率，实现永磁同步电机的高性能位置跟踪控制。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于归一化投影算子的永磁同步电机位置跟踪控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的基于归一化投影算子的永磁同步电机位置跟踪控制方法的原理图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例和现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式，本发明并不限制于该实施例。

如图1与图2所示，本发明的实施例包括：

S1，预设转子的给定位置轨迹信息，所述给定位置轨迹信息包括给定转角位置、给定转速、给定加速度。

S2，获取转子的当前转角位置、当前转速。

本发明的主要应用于永磁同步电机伺服系统，本实施例中通过永磁同步电机伺服系统获取永磁同步电机转子的当前转角位置X、当前转速

，同时在永磁同步电机伺服系统中预设转子的给定转角位置Xr、给定转速

，给定加速度

来作为执行下述步骤的基础。

S3,根据给定转角位置、给定转速、当前转角位置、当前转速计算所述给定转速与当前转速之间的转速误差。

“计算所述给定转速与当前转速之间的转速误差”具体为：

引入QIN函数构造可得到转速误差的方程

①，

z为转速误差，Xr为给定转角位置，

为给定转速，X为当前转角位置，

当前转速，α₁为控制参数，其中0＜α₁＜1，σ为光滑区域宽度，其中0<σ<1，k₁为控制增益，k₁>0；之后通过下述公式②③④⑤得到QIN(x-x_r，α₁，σ)，

②，

③，

ξ＝[ξ₁...ξ_n] ^T ④，

上述公式②中q₁＝σ^α-1，q₂＝-(α-1)σ^α-2，q₃＝(α-1)σ^α-3，e＝x-x_r，

sign(·)为符号函数，

⑤；

最后将QIN(x-x_r，α₁，σ)与Xr、

、α₁、σ代入公式①中得到转速误差z。

S4,根据给定转角位置、给定转速、当前转角位置、当前转速得到回归向量。流程S4具体包括：构造可得到回归向量φ的公式⑥，

⑥，

通过将e、Xr、

、 X、

、α₁、σ代入下述公式⑦与⑧得到

⑦，

⑧，

其中q¹＝σ^α-1，q₂＝-(α-1)σ^α-2，q₃＝(α-1)σ^α-3，e＝x-x_r；进而通过将计算出的代入公式⑥中得到回归向量φ。

S5，根据所述转速误差获取非光滑控制项。

所述步骤S5具体包括：将z代入下述公式⑨中得到非光滑控制项f(z)，

⑨，

其中，k₂为增益系数，k₂＞0，α₂为控制参数，0<α₂<1，f(z)为非光滑控制项，z为转速误差。

S6，根据所述转速误差与回归向量结合归一化处理方法计算参数部分的估计值。

所述步骤S6具体包括：构造可得到参数部分的估计值的

公式⑩，

⑩，

公式⑩中dτ表示时间的微分，t表示当前时间，所述参数部分的估值为

，

为对

经归一化处理的估计值；

通过下述公式 对动态初始估计值经归一化处理得到

⑪，

其中

，

，θ_sup和θ_inf为待估计参数向量的上界和下界向量；进而将得到的

代入下述公式⑫⑬中得到

，

⑫，

⑬，

其中ε＞0为边界系数值，θ_max为待估计参数向量θ的上界，

表示函数g的梯度函数，<a，b>代表向量a、b的叉乘，‖c‖代表求向量c的范数值，Γ为自适应律增益矩阵为对角矩阵，归一化后各个增益尺度为1；再将

代入公式⑩中的得到参数部分的估计值

。

S7,根据非光滑控制项、参数部分的估计值、回归向量来得到控制电流，进而来对永磁同步电机的非奇异自适应非光滑位置进行控制。

步骤S7具体包括通过下述公式⑭得到控制电流，

⑭，

其中i为控制电流，f(z)为非光滑控制项、

为回归向量、

为参数部分的估计值

；如图2中非光滑控制项f(z)对应电流i_ns，

对应电流i_adp，通过将两电流进行正反馈叠加得到控制电流i，进而通过永磁同步伺服系统完成对永磁同步电机的当前转速与转角位置的跟踪控制。

本发明将非光滑控制项和非奇异自适应控制项有机结合，同通过引入QIN函数改进控制器结构，消除了控制器的奇异问题。本方法通过归一化投影算子来提高自适应律的性能，进而解决自适应律增益调节困难的问题，改善自适应律收敛效率，实现永磁同步电机的高性能位置跟踪控制。

以上详细描述了本发明的具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域的技术人员已本发明构思在现有技术上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，都应在本权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.基于归一化投影算子的永磁同步电机位置跟踪控制方法，用于跟踪与控制永磁同步电机的转子的非奇异自适应非光滑位置，所述方法包括：

预设转子的给定位置轨迹信息，所述给定位置轨迹信息包括给定转角位置、给定转速、给定加速度；

获取转子的当前转角位置、当前转速；

根据给定转角位置、给定转速、当前转角位置、当前转速计算所述给定转速与当前转速之间的转速误差，包括：通过下述公式获得给定转速与当前转速之间的转速误差，

z为转速误差，Xr为给定转角位置，

为给定转速，X为当前转角位置，

当前转速，α₁为控制参数，其中0＜α₁＜1，σ为光滑区域宽度，其中0<σ<1，k₁为控制增益，k₁>0；

其中QIN(x-x_r，α₁，σ)通过下述公式得到，

ξ＝[ξ₁...ξ_n] ^T，

上述公式中q₁＝σ^α-1，q₂＝-(α-1)σ^α-2，q₃＝(α-1)σ^α-3，e＝x-x_r，sign(·)为符号函数，

；

根据给定转角位置、给定转速、当前转角位置、当前转速得到回归向量；

根据所述转速误差获取非光滑控制项；

根据所述转速误差与回归向量结合归一化处理方法计算参数部分的估计值；

根据非光滑控制项、参数部分的估计值、回归向量来得到控制电流，进而来对永磁同步电机的非奇异自适应非光滑位置进行控制。

2.如权利要求1所述的基于归一化投影算子的永磁同步电机位置跟踪控制方法，其特征在于，“根据给定转角位置、给定转速、当前转角位置、当前转速得到回归向量”具体包括：通过下述矩阵公式得到回归向量，

，

，

，

其中

为回归向量，q₁＝σ^α-1，q₂＝-(α-1)σ^α-2，q₃＝(α-1)σ^α-3，e＝x-x_r。

3.如权利要求1所述的基于归一化投影算子的永磁同步电机位置跟踪控制方法，其特征在于，“根据所述转速误差获取非光滑控制项”具体包括：通过下述公式得到非光滑控制项，

其中，k₂为增益系数，k₂＞0，α₂为控制参数，0<α₂<1，f(z)为非光滑控制项，z为转速误差。

4.如权利要求1所述的基于归一化投影算子的永磁同步电机位置跟踪控制方法，其特征在于，“根据所述转速误差与回归向量结合归一化处理方法计算参数部分的估计值”具体包括：通过下述公式得到参数部分的估计值，

其中dτ表示时间的微分，t表示当前时间，所述参数部分的估值为

，

为对动态估算值经归一化处理后的动态估计值，

为静态估算值；

通过下述公式得

，

，

，

其中ε＞0为边界系数值，θ_max为待估计参数向量θ的上界，

表示函数g的梯度函数，<a，b>代表向量a、b的叉乘，‖c‖代表求向量c的范数值，Γ为自适应律增益矩阵为对角矩阵，归一化后各个增益尺度为1；通过下述公式得到

，

，其中

，

，θ_sup和θ_inf为待估计参数向量的上界和下界向量。

5.如权利要求1所述的基于归一化投影算子的永磁同步电机位置跟踪控制方法，其特征在于：“根据非光滑控制项、参数部分的估计值、回归向量来得到控制电流，进而来对永磁同步电机的非奇异自适应非光滑位置进行控制”具体为通过下述公式得到控制电流，

其中i为控制电流，f(z)为非光滑控制项、

为回归向量、

为参数部分的估计值

；再通过将控制电流输入永磁同步电机中进而完成对永磁同步电机自适应非光滑位置进行跟踪控制。

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