CN112468050B - 一种可控制电机相位的转速控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于直升机模型旋翼试验技术领域，公开了一种可控制电机相位的转速控制方法，采集电机的实际转速信号；并设定电机的期望转速信号和电机的期望相位信号；确定电机的转速误差信号；根据电机的转速误差信号，以及电机的期望相位信号，设定电机期望相位信号和转速误差信号的运动轨迹曲线，设定所述运动轨迹曲线的保持控制律；设定所述运动轨迹曲线的运动控制律；根据所述运动轨迹曲线的运动控制律、所述运动轨迹曲线的保持控制律使电机期望相位信号和转速误差信号按照所述运动轨迹曲线变化，实现电机的转速和相位的同时控制。

Description

一种可控制电机相位的转速控制方法
技术领域
本发明属于直升机模型旋翼试验技术领域，尤其涉及一种可控制电机相位的转速控制方法。
背景技术
由于永磁同步电机在转子处装有高能永磁体无需励磁，具有转矩脉动小、调速范围宽、结构简单等优点，因此被广泛应用于航空、航天、航海等领域的控制系统中。随着电子技术、控制理论以及计算机技术的发展，实现永磁同步电机高性能控制的理论也随之不断发展。且目前的电机的控制方法已经能够满足大多数场合的控制系统的性能要求。
采用PI控制模式来实现永磁同步电机调速是当前工程上比较普遍的策略，能够满足普通场合的调速的要求。但是在某些需要在偏离目标转速不大的范围内，实现目标相位改变同时在相位控制完成时，转速恢复到目标转速的场合下，PI控制策略很难同时完成转速和相位的控制。
发明内容
本发明的目的：通过电机转速反馈信号设定一个转速和相位的期望运动轨迹曲线，通过设计合适的运动控制律使电机控制系统的实际转速和相位运动到期望运动轨迹曲线，进一步通过设计合适的保持控制律迫使电机控制系统的实际转速和相位保持在运动轨迹曲线上，利用所设计的控制律代替PI控制实现电机的转速和相位的同时控制。
本发明的技术方案：
一种可控制电机相位的转速控制方法，所述方法包括：
S1，采集电机的实际转速信号；并设定电机的期望转速信号和电机的期望相位信号；
S2，根据所述电机的实际转速信号、电机的期望转速信号确定电机的转速误差信号e0；
S3，根据所述电机的转速误差信号e0，以及电机的期望相位信号，设定电机期望相位信号ψ*和转速误差信号e0的运动轨迹曲线，所述运动轨迹曲线用于保证转速误差信号e0和相位误差信号为零；
S4，设定所述运动轨迹曲线的保持控制律；所述保持控制律用于使得转速误差信号e0和相位误差信号保持在所述运动轨迹曲线上；
S5，设定所述运动轨迹曲线的运动控制律；所述运动控制律用于使得转速误差信号e0和相位误差信号沿着所述运动轨迹曲线运动到原点；
S6，根据所述运动轨迹曲线的运动控制律、所述运动轨迹曲线的保持控制律使电机期望相位信号ψ*和转速误差信号e0按照所述运动轨迹曲线变化。
本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
(1)S3中，电机期望相位信号ψ*和转速误差信号e0的运动轨迹曲线s具体为：
其中，s为运动轨迹曲线，ki为相位调节系数，t0为转速采样开始时刻，t为当前时刻，e0为转速误差，ψ*为期望相位信号，kp为转速调节系数。
(2)S4，设定所述运动轨迹曲线的保持控制律，具体为：
其中，ueq为保持控制律，Aω、Bω为电机参数，c为相位调节系数和转速调节系数的比值。
(3)S5，设定所述运动轨迹曲线的运动控制律，具体为：
其中，ud为运动控制律，ρ、η为运动速度系数，Φ为边界层厚度。
(4)S6，具体为：根据所述运动轨迹曲线的保持控制律、所述运动轨迹曲线的运动控制律，并使从而使得电机期望相位信号ψ*和转速误差信号e0按照所述运动轨迹曲线变化，其中，s为运动轨迹曲线，/>为运动轨迹曲线的导数。
(5)根据所述运动轨迹曲线的保持控制律、所述运动轨迹曲线的保持控制律，确定所述运动轨迹曲线的和控制律；
所述运动轨迹曲线的和控制律为所述运动轨迹曲线的保持控制律、所述运动轨迹曲线的保持控制律的和。
u＝ueq+ud
其中，u为和控制律，ueq为保持控制律，ud为运动控制律。
(6)ρ>L时，控制律是稳定可达的，L为系统的不确定性总和；
其中，控制律等于所述运动轨迹曲线的保持控制律加上所述运动轨迹曲线的保持控制律。
(7)利用李雅普诺夫函数，证明所述控制律的稳定性和可达性，具体为：
其中，V为李雅普诺夫函数。
本发明提供一种可控制电机相位的转速控制方法，通过电机转速反馈信号设定一个转速和相位的期望运动轨迹曲线，通过设计合适的运动控制律使电机控制系统的实际转速和相位运动到期望运动轨迹曲线，进一步通过设计合适的保持控制律迫使电机控制系统的实际转速和相位保持在运动轨迹曲线上，利用所设计的控制律代替传统PI控制实现电机的转速和相位的同时控制，能够满足特殊场合的需求，并可提高控制系统的响应速度、精度和鲁棒性。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。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。
一种可控制电机相位的转速控制方法，本方法通过电机转速反馈信号设定一个转速和相位的期望运动轨迹曲线，通过设计合适的运动控制律使电机控制系统的实际转速和相位运动到期望运动轨迹曲线，进一步通过设计合适的保持控制律迫使电机控制系统的实际转速和相位保持在运动轨迹曲线上，利用所设计的控制律代替传统PI控制实现电机的转速和相位的同时控制，以满足特殊场合的需求，并可进一步提高控制性能。
(1)电机实际转速采集
通过转速传感器对电机转速ω进行采集，传入数据处理芯片，与期望转速信号ω*相减，得到转速误差e0＝ω*-ω。对转速误差信号e0进行积分处理，即为时刻t相对于时刻t0的电机相位差，即电机的实际相位信号ψ。
(2)运动轨迹曲线设定
利用电机期望相位信号ψ*和转速误差信号e0进行运动轨迹曲线设定，运动轨迹曲线为其中，s为运动轨迹曲线，ki为相位调节系数，t0为转速采样开始时刻，t为当前时刻，e0为转速误差，ψ*为期望相位信号，kp为转速调节系数。
(3)运动控制律设计
利用指数趋近律设计运动控制律，保证转速误差e0和能快速运动到运动轨迹曲线上/>
其中，ud为运动控制律，ρ、η为运动速度系数，Φ为边界层厚度。
(4)保持控制律设计
根据设定的运动轨迹曲线，设计运动控制律，使得/>保证转速误差e0和/>保持在运动轨迹曲线上。
其中，ueq为保持控制律，Aω、Bω为电机参数，c为相位调节系数和转速调节系数的比值，s为运动轨迹曲线。
(5)控制律稳定性证明
控制律为运动控制律和保持控制律的和。
利用李雅普诺夫函数，证明控制律的稳定性和可达性，取ρ>系统的不确定性总和L时，控制律是稳定可达的。
实际的运动轨迹曲线有则有转速误差e0＝0，/>因此可以实现电机的转速和相位的同时控制。
本发明实施例提供一种可控制电机相位的转速控制方法，包括通过期望相位信号、期望转速信号以及采集的转速反馈信号设定一个转速和相位的期望运动轨迹曲线、设计合适的运动控制律使电机实际转速和相位运动到期望运动轨迹曲线、设计合适的保持控制律使电机实际转速和相位保持在期望运动轨迹曲线。
通过电机转速反馈信号设定一个转速和相位的期望运动轨迹曲线，通过设计合适的运动控制律使电机控制系统的实际转速和相位运动到期望运动轨迹曲线，进一步通过设计合适的保持控制律迫使电机控制系统的实际转速和相位保持在运动轨迹曲线上，利用所设计的控制律代替传统PI控制实现电机的转速和相位的同时控制，能够满足特殊场合的需求，并可提高控制系统的响应速度、精度和鲁棒性。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种可控制电机相位的转速控制方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，采集电机的实际转速信号；并设定电机的期望转速信号和电机的期望相位信号；
S2，根据所述电机的实际转速信号、电机的期望转速信号确定电机的转速误差信号e0；
S3，根据所述电机的转速误差信号e0，以及电机的期望相位信号，设定电机期望相位信号ψ*和转速误差信号e0的运动轨迹曲线，所述运动轨迹曲线用于保证转速误差信号e0和相位误差信号为零；
S3中，电机期望相位信号ψ*和转速误差信号e0的运动轨迹曲线s具体为：
其中，s为运动轨迹曲线，ki为相位调节系数，t0为转速采样开始时刻，t为当前时刻，e0为转速误差，ψ*为期望相位信号，kp为转速调节系数；
S4，设定所述运动轨迹曲线的保持控制律；所述保持控制律用于使得转速误差信号e0和相位误差信号保持在所述运动轨迹曲线上；
S4，设定所述运动轨迹曲线的保持控制律，具体为：
其中，ueq为保持控制律，Aω、Bω为电机参数，c为相位调节系数和转速调节系数的比值；
S5，设定所述运动轨迹曲线的运动控制律；所述运动控制律用于使得转速误差信号e0和相位误差信号沿着所述运动轨迹曲线运动到原点；
S5，设定所述运动轨迹曲线的运动控制律，具体为：
其中，ud为运动控制律，ρ、η为运动速度系数，Φ为边界层厚度；
S6，根据所述运动轨迹曲线的运动控制律、所述运动轨迹曲线的保持控制律使电机期望相位信号ψ*和转速误差信号e0按照所述运动轨迹曲线变化。
2.根据权利要求1所述的一种可控制电机相位的转速控制方法，其特征在于，S6，具体为：根据所述运动轨迹曲线的保持控制律、所述运动轨迹曲线的运动控制律，并使从而使得电机期望相位信号ψ*和转速误差信号e0按照所述运动轨迹曲线变化，其中，s为运动轨迹曲线，/>为运动轨迹曲线的导数。
3.根据权利要求2所述的一种可控制电机相位的转速控制方法，其特征在于，根据所述运动轨迹曲线的保持控制律、所述运动轨迹曲线的运动控制律，确定所述运动轨迹曲线的和控制律；
所述运动轨迹曲线的和控制律为所述运动轨迹曲线的保持控制律、所述运动轨迹曲线的运动控制律的和：
u＝ueq+ud
其中，u为和控制律，ueq为保持控制律，ud为运动控制律。
4.根据权利要求3所述的一种可控制电机相位的转速控制方法，其特征在于，ρ>L时，控制律是稳定可达的，L为系统的不确定性总和；
其中，控制律等于所述运动轨迹曲线的保持控制律加上所述运动轨迹曲线的保持控制律。
5.根据权利要求4所述的一种可控制电机相位的转速控制方法，其特征在于，利用李雅普诺夫函数，证明所述控制律的稳定性和可达性，具体为：
其中，V为李雅普诺夫函数。
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