CN113485112B - 一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法，包括在直流母线电压的控制环引入预设性能函数，利用预设性能函数使得直流母线电压的跟踪误差被限制在预设性能函数的边界内，同时构建Lyapunov函数V₁并根据V₁配置虚拟控制器和变换器，并求解变换器的跟踪误差；根据变换器的跟踪误差建立分数阶滑模面；根据分数阶滑模面设计参数自适应律，利用参数自适应律对未知参数进行估计。本发明利用预设性能函数对直流母线电压的跟踪误差进行约束，使其稳定在预设的边界中；在电流控制环路中建立分数阶滑模控制单元，解决了终端滑模带来的电压抖动；利用参数自适应率对未知参数进行在线估计，解决了建模误差以及参数的不确定性给控制器带来较大影响的问题。

Description

一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法及系统

技术领域

本发明涉及船舶电力控制技术领域，尤其是指一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法及系统。

背景技术

船舶电力系统用于为全船提供电力，涵盖了电力的生成、输送、分配与使用的全过程，是船舶动力系统的重要组成部分。随着船舶日趋大型化及海洋工程设备应用的复杂化，船舶电力系统的容量也在日益增大。同时，系统中经常会有大负载设备投入使用，这些设备对瞬时电能的需求非常大，这就要求船舶电力系统能够提供瞬时的脉冲功率，否则，将会引起电网电压的大幅度低落，严重者造成电网的崩溃。常规的电力系统一般很难面对这样复杂的工况，迫切需要对现有的电力系统进行改进。目前广泛采用的方案是引入储能系统作为脉冲负荷的缓冲，以此弥补发电机供电的不足，从而提高船舶电力系统的安全性与稳定性。储能系统、发电机组通过功率变换器连接到公共直流母线上，其中为功率变换器设计优越性能的控制器是维持直流母线电压稳定性的重要手段。

在控制器设计的过程中，为了削弱滑模的抖振来提高控制性能，国内外研究学者做了大量的研究工作，例如，Slotine等人通过利用饱和函数替换了传统的切换函数的方法，使得滑模面处进入边界层之内后变为连续状态的反馈控制，有效地削弱了抖振。除此之外还有采用指数趋近律、对控制信号进行平滑滤波、干扰观测器估计外界干扰与不确定项、模糊规则调整滑模控制参数、神经网络逼近外界干扰、遗传算法优化控制器参数等。

但是在工程实际应用中，上述方法往往无法准确地建立被控对象的数学模型，模型中参数的不确定性是阻碍控制器取得良好控制效果的主要因素，模型中不确定的参数可以分为两类：一类是线性化参数；另一类是非线性参数。对于前者而言一般采用鲁棒控制和反步法，而对于后者而言是相当难处理，从而导致建模误差以及参数的不确定性给控制器带来较大的影响。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法，包括：

步骤一：在直流母线电压的控制环引入预设性能控制单元，所述预设性能控制单元包括定义预设性能函数，利用所述预设性能函数使得所述直流母线电压的跟踪误差始终被限制在所述预设性能函数的边界之内，同时构建Lyapunov函数V₁并根据V₁配置虚拟控制器和变换器，并求解所述变换器的跟踪误差；

步骤二：根据所述变换器的跟踪误差建立分数阶滑模控制单元，所述分数阶滑模控制单元包括定义分数阶滑模面；

步骤三：根据所述分数阶滑模面设计基于投影算子的参数自适应估计单元，所述参数自适应估计单元包括确定参数自适应律，利用所述参数自适应律对未知参数进行实时估计。

在本发明的一个实施例中，步骤一中在直流母线电压的控制环引入预设性能控制单元，所述预设性能控制单元包括定义预设性能函数，利用所述预设性能函数使得所述直流母线电压的误差始终被限制在所述预设性能函数的边界之内的方法包括：

选择所述直流母线电压U_dc作为被控对象，确定所述直流母线电压U_dc与额定参考电压

的误差e₁，

在所述直流母线电压的控制环引入预设性能控制单元，所述预设性能控制单元包括定义预设性能函数φ(t)和引入转换误差概念，其中所述转换误差概念为：

式中,ε表示转换误差，

表示误差转换函数，e(t)表示t时刻的跟踪误差；

选择合适的预设性能函数φ(t)并满足-φ(0)＜e(0)＜φ(t)，以保证转化误差ε(t)的有界性，使得所述直流母线电压的跟踪误差始终被限制在预设性能函数组成的边界之内，其中表示初始误差，表示初始跟踪误差，表示t时刻误差。

在本发明的一个实施例中，步骤一中求解所述变换器的跟踪误差的方法包括：

所述变换器的跟踪误差的计算公式如下：

式中，i_d，i_q，i_b表示dbq坐标系下的发电机输出的电流,i_sc表示超级电容的电流，e₂，e₃，e₄，e₅表示变换器的跟踪误差，

表示蓄电池的电流输出指令，

表示超级电容的电流指令，

表示变换器的d轴电流指令，

表示变换器的q轴电流指令。

在本发明的一个实施例中，步骤二中在定义分数阶滑模面的同时构建Lyapunov函数V₂，并对所述Lyapunov函数V₂进行求导,得到

在本发明的一个实施例中，步骤二中定义分数阶滑模面的方法包括：

根据变换器的跟踪误差定义分数阶滑模面如下：

式中，σ₁，σ₂，σ₃，σ₄表示滑模的增益，α₁，α₂，α₃，α₄表示分数阶的阶次，函数

S₁，S₂，S₃，S₄，S₅表示滑模面，e₂，e₃，e₄，e₅表示变换器的跟踪误差。

在本发明的一个实施例中，步骤三中还包括利用参数自适应估计单元和分数阶滑模控制单元共同保证

为负半定。

在本发明的一个实施例中，步骤三中确定参数自适应律的方法包括：

根据分数阶滑模面确定基于投影算子的参数自适应律如下：

式中，proj(.，.)表示投影算子，S表示滑模面，U_dc表示直流母线电压，E_d，i_b分别表示dbq坐标系下的发电机输出的电压与电流，t_d，t_q，t₁₂和t₃₄表示控制律，U_sc和i_sc表示超级电容的电压和电流。

在本发明的一个实施例中，步骤三中在确定参数自适应律后，采用投影算子对参数自适应律进行实时修正。

在本发明的一个实施例中，步骤三中采用投影算子对参数自适应律进行实时修正的方法包括：

参数

是由

进行不断地积分而得到，在积分的过程中，投影算子通过实时调整自适应律Λ的值以保证参数的有界性，若估计值

到达最大值

处，且此时自适应律的函数值Λ>0时，将自适应律Λ的函数值强制到零以保证

不会超过上界，同样，若估计值

到达最小值

处，且此时自适应律的函数值Λ＜0，将自适应律Λ的函数值设置Λ＝0使得

此外，本发明还提供一种预设性能自适应分数阶滑模控制系统，包括：

预设性能控制模块，所述预设性能控制模块用于在直流母线电压的控制环引入预设性能控制单元，所述预设性能控制单元包括定义预设性能函数，利用所述预设性能函数使得所述直流母线电压的跟踪误差始终被限制在所述预设性能函数的边界之内，同时构建Lyapunov函数V₁并根据V₁配置虚拟控制器和变换器，并求解所述变换器的跟踪误差；

分数阶滑模控制模块，所述分数阶滑模控制模块用于根据所述变换器的跟踪误差建立分数阶滑模控制单元，所述分数阶滑模控制单元包括定义分数阶滑模面；

参数自适应估计模块，所述参数自适应估计模块用于根据所述分数阶滑模面设计基于投影算子的参数自适应估计单元，所述参数自适应估计单元包括确定参数自适应律，利用所述参数自适应律对未知参数进行实时估计。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明首先利用预设性能函数对直流母线电压的跟踪误差进行约束，使其能按预定的速度收敛，且最终稳定在预设的边界中；其次在电流控制环路中建立分数阶滑模控制单元，解决了终端滑模带来的电压抖动；而且利用参数自适应率对未知参数进行在线估计，解决了建模误差以及参数的不确定性给控制器带来较大影响的问题。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明一种预设性能自适应分数阶滑模控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例一

本实施例提供一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法，包括：

步骤一：在直流母线电压的控制环引入预设性能控制单元，预设性能控制单元包括定义预设性能函数，利用预设性能函数使得直流母线电压的跟踪误差始终被限制在预设性能函数的边界之内，同时构建Lyapunov函数V₁并根据V₁配置虚拟控制器和变换器，并求解变换器的跟踪误差。

步骤二：根据变换器的跟踪误差建立分数阶滑模控制单元，分数阶滑模控制单元包括定义分数阶滑模面。

步骤三：根据分数阶滑模面设计基于投影算子的参数自适应估计单元，参数自适应估计单元包括确定参数自适应律，利用参数自适应律对未知参数进行实时估计。

其中，步骤一中在直流母线电压的控制环引入预设性能控制单元，预设性能控制单元包括定义预设性能函数，利用预设性能函数使得直流母线电压的误差始终被限制在预设性能函数的边界之内的方法包括：

选择直流母线电压U_dc作为被控对象，确定直流母线电压U_dc与额定参考电压

的误差e₁，

在直流母线电压的控制环引入预设性能控制单元，预设性能控制单元包括定义预设性能函数φ(t)和引入转换误差概念，其中转换误差概念为：

式中,ε表示转换误差，

表示误差转换函数，e(t)表示t时刻的跟踪误差；

选择合适的预设性能函数φ(t)并满足-φ(0)＜e(0)＜φ(t)，以保证转化误差ε(t)的有界性，使得直流母线电压的跟踪误差始终被限制在预设性能函数组成的边界之内，其中表示初始误差，表示初始跟踪误差，表示t时刻误差。

其中，步骤一中求解变换器的跟踪误差的方法包括：变换器的跟踪误差的计算公式如下：

式中，i_d，i_q，i_b表示dbq坐标系下的发电机输出的电流,i_sc表示超级电容的电流，e₂，e₃，e₄，e₅表示变换器的跟踪误差，

表示蓄电池的电流输出指令，

表示超级电容的电流指令，

表示变换器的d轴电流指令，

表示变换器的q轴电流指令。

其中，步骤二中在定义分数阶滑模面的同时构建Lyapunov函数V₂，并对Lyapunov函数V₂进行求导,得到

具体的，定义分数阶滑模面的方法包括：根据变换器的跟踪误差定义分数阶滑模面如下：

式中，σ₁，σ₂，σ₃，σ₄表示滑模的增益，α₁，α₂，α₃，α₄表示分数阶的阶次，函数

S_1，S₂，S₃，S₄，S₅表示滑模面，e₂，e₃，e₄，e₅表示变换器的跟踪误差。

其中，步骤三中还包括利用参数自适应估计单元和分数阶滑模控制单元共同保证

为负半定。

其中，步骤三中确定参数自适应律的方法包括：根据分数阶滑模面确定基于投影算子的参数自适应律如下：

式中，proj(.，.)表示投影算子，S表示滑模面，U_dc表示直流母线电压，E_d，i_b分别表示dbq坐标系下的发电机输出的电压与电流，t_d，t_q，t₁₂和t₃₄表示控制律，U_sc和i_sc表示超级电容的电压和电流。

其中，步骤三中在确定参数自适应律后，采用投影算子对参数自适应律进行实时修正。具体的，采用投影算子对参数自适应律进行实时修正的方法包括：参数

是由

进行不断地积分而得到，在积分的过程中，投影算子通过实时调整自适应律Λ的值以保证参数的有界性，若估计值

到达最大值

处，且此时自适应律的函数值Λ>0时，将自适应律Λ的函数值强制到零以保证

不会超过上界，同样，若估计值

到达最小值

处，且此时自适应律的函数值Λ＜0，将自适应律Λ的函数值设置Λ＝0使得

下面对本发明实施例一公开的一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法进行详细的阐述。

预设性能控制单元：对于船舶直流微电网来说，快速地响应负载的需求并稳定直流母线电压在额定值附近是控制系统的最终目标。围绕着这一目标，选择了船舶微电网数学模型中的状态量U_dc，i_d，i_b，i_sc作为被控对象。

本发明运用参数自适应律对模型中的未知参数u_i进行在线估计，用估计值来代替模型中的参数。定义自适应估计带来的误差为：

在控制器的设计阶段需确定一个滑模函数s(x)的控制律：

式中，u⁺(x)≠u^-(x)。

需首定义直流母线电压U_dc与额定参考电压

的误差e₁：

为了保证直流母线电压跟踪误差的瞬态和稳态值均被限制在指定的误差范围内,在直流母线电压控制环引入预设性能控制，使得其在任意时刻都满足：

-φ(t)＜e₁＜φ(t)

上式是一个不等式约束，在设计控制器的时候，是没办法直接参与到设计中的。因此，在设计之前先将其转换成等式约束，可以避免可能面临的诸多难题，简化了控制器的设计过程，在此我们引入一个转换误差的概念如下：

式中,ε表示转换误差，

表示误差转换函数，其除了具有光滑、可逆且严格递增的属性之外，还要具备如下两条性质：

1)对于任意的转换误差ε，

的函数值都在(-1,1)之内；

2)同时满足

在选择合适的预设性能函数φ(t)并满足初始误差-φ(0)＜E(0)＜Φ(t)的基础上，保证转化误差ε(t)的有界性，就能够将跟踪误差e(t)牢牢地限制在预设性能函数组成的边界之内。

按照误差转换方法，将E₁转化为：

为了保证直流母线电压控制环路的稳定与自适应参数的有界性，在这里定义了如下的Lyapunov函数：

式中η₁>0表示参数μ₁自适应律的增益，对V₁求导可以得到：

式中，U_dc表示直流母线电压，

表示额定参考电压，t₁₂和t₃₄表示控制律，i_L表示直流母线负载电流，E_d，i_d和i_b表示dbq坐标系下发电机输出的电压与电流，i_sc表示超级电容电流。

根据Lyapunov稳定性理论，确定合适的虚拟控制器

与参数u₁的自适应律来使

并确定如下变换器VSR的d轴电流控制器：

式中，k₁为大于零的可调常数，U_dc表示直流母线电压，

表示额定参考电压，E_d，i_b表示dbq坐标系下发电机输出的电压与电流，t₁₂和t₃₄表示控制律，i_L表示直流母线负载电流，i_sc表示超级电容电流。

参数μ₁的自适应控制律为：

由投影算子的性质可以得到：

式中，U_dc表示直流母线电压，E_d，i_b表示dbq坐标系下发电机输出的电压与电流，t₁₂，t₃₄表示控制律，i_sc表示超级电容电流，i_L表示直流母线负载电流。

可以得到

则所设控制器能够满足电压控制环路与参数μ₁的自适应的渐进稳定的要求。

定义变换器VSR的d轴电流i_d、q轴电流i_q，蓄电池输出电流i_b、超级电容电流i_sc与各自参考值的跟踪误差：

式中，i_d，i_q，i_b表示dbq坐标系下发电机输出的电流,i_sc表示超级电容的电流。

分数阶滑模控制单元：为了提高船舶直流微电网应对负载扰动时的响应速度与跟踪精度，并降低其抖振，定义分数阶滑模面如下：

式中，σ₁，σ₂，σ₃，σ₄表示滑模的增益，是大于零的可调常数，α₁，α₂，α₃，α₄表示分数阶的阶次，取值范围在(0,1)之间，函数

S₁，S₂，S₃，S₄，S₅表示滑模面，e₂，e₃，e₄，e₅表示变换器的跟踪误差。

为了实现电流跟踪的动态性能与参数估计的有界性，可以构建如下Lyapunov函数:

式中，η_j>0，j＝2，3…7代表着自适应估计的增益,并将V₂求导为

基于投影算子的参数自适应估计单元：基于投影算子的参数自适应律被设计用于对未知参数μ_i，i＝2，3…7进行实时在线估计，它们基于投影算子的自适应率被设计如下：

式中，proj(.，.)表示投影算子，S表示滑模面，U_dc表示直流母线电压，E_d，i_b表示dbq坐标系下发电机输出的电压与电流，t_d，t_q，t₁₂和t₃₄表示控制律，

U_sc和i_sc表示超级电容电压和电流。

为了保证参数自适应过程中不会越界，采用投影算子对自适应律进行实时修正，根据投影算子的重要性质，我们可以如下结论：

式中，S表示滑模面，U_dc表示直流母线电压，E_d，i_b，i_d，E_q表示dbq坐标系下发电机输出的电压与电流，t_d，t_q，t₁₂和t₃₄表示控制律，U_sc和i_sc表示超级电容电压和电流。

为了实现船舶直流微电网控制系统的全局渐进稳定性，分数阶滑模控制与基于投影算子的参数自适应估计共同保证

为负半定

即满足。因此，分数阶滑模控制器的趋近律被设计如下：

式中，k_i，i＝2，3…5为大于零的可调常数；0＜x_i＜1，i＝1，2…4代表趋近律幂次的大小，通过调整x_i，i＝1，2…4的值，可以保证当系统状态远离滑动模态时，能够快速地趋近于滑动模态，当系统状态趋近滑动模态时，使控制增益减小，降低抖振；V_i>0，i＝1，2…4的大小决定着双曲正切函数tanh(.)拐点变化的快慢。由于双曲正切函数tanh(.)具有光滑、连续的属性，与不连续的饱和函数相比，使用它可以取得更加优越的性能。

可以分别得到控制律t_d，t_q，t₁₂和t₃₄如下：

将上述控制器和参数自适应律与

联立，可以得到如下结果：

从上述式子可以看出本发明所设计的分数阶滑模控制器与基于投影算子的参数自适应律能够使得整个船舶直流微电网的控制系统渐进稳定。

蓄电电池和超级电容组成混合储能单元被引入到船舶直流微电网中用以弥补发电机的出力不足，其中蓄电池能量密度高，功率密度低，适合承担着差额功率中的低频成份，而超级电容功率密度高、充放电速度快，比较适合承担差额功率中的高频成份。

本发明首先利用预设性能函数对直流母线电压的跟踪误差进行约束，使其能按预定的速度收敛，且最终稳定在预设的边界中；其次在电流控制环路中建立分数阶滑模控制单元，解决了终端滑模带来的电压抖动；而且利用参数自适应率对未知参数进行在线估计，解决了建模误差以及参数的不确定性给控制器带来较大影响的问题。

实施例二

下面对本发明实施例二公开的一种预设性能自适应分数阶滑模控制系统进行介绍，下文描述的一种预设性能自适应分数阶滑模控制系统与上文描述的一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法可相互对应参照。

请参阅图1所示，本发明实施例二公开了一种预设性能自适应分数阶滑模控制系统，具体包括预设性能控制模块、分数阶滑模控制模块和参数自适应估计模块。

预设性能控制模块用于在直流母线电压的控制环引入预设性能控制单元，预设性能控制单元包括定义预设性能函数，利用预设性能函数使得直流母线电压的跟踪误差始终被限制在预设性能函数的边界之内，同时构建Lyapunov函数V₁并根据V₁配置虚拟控制器和变换器，并求解变换器的跟踪误差；

分数阶滑模控制模块用于根据变换器的跟踪误差建立分数阶滑模控制单元，分数阶滑模控制单元包括定义分数阶滑模面；

参数自适应估计模块用于根据分数阶滑模面设计基于投影算子的参数自适应估计单元，参数自适应估计单元包括确定参数自适应律，利用参数自适应律对未知参数进行实时估计。

上述预设性能控制模块、分数阶滑模控制模块和参数自适应估计模块集成在一片FPGA芯片(EP1CT144C)上实现，利用FPGA的并行处理机制使控制器处理能力得以充分体现，为预设性能自适应分数阶滑模控制系统提供一个高性能专用的控制器，减少系统中CPU的计算负担，与系统中CPU的接口灵活方便。

本实施例的预设性能自适应分数阶滑模控制系统用于实现前述的一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法，因此该系统的具体实施方式可见前文中的一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法的实施例部分，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再展开介绍。

另外，由于本实施例的预设性能自适应分数阶滑模控制系统用于实现前述的一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法，因此其作用与上述方法的作用相对应，这里不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法，其特征在于，包括：

步骤一：在直流母线电压的控制环引入预设性能控制单元，所述预设性能控制单元包括定义预设性能函数，利用所述预设性能函数使得所述直流母线电压的跟踪误差始终被限制在所述预设性能函数的边界之内，同时构建Lyapunov函数V₁并根据V₁配置虚拟控制器和变换器，并求解所述变换器的跟踪误差；

步骤二：根据所述变换器的跟踪误差建立分数阶滑模控制单元，所述分数阶滑模控制单元包括定义分数阶滑模面；

步骤三：根据所述分数阶滑模面设计基于投影算子的参数自适应估计单元，所述参数自适应估计单元包括确定参数自适应律，利用所述参数自适应律对未知参数进行实时估计；

步骤一的方法包括：

选择所述直流母线电压U_dc作为被控对象，确定所述直流母线电压U_dc与额定参考电压

的误差e₁，

在所述直流母线电压的控制环引入预设性能控制单元，所述预设性能控制单元包括定义预设性能函数φ(t)和引入转换误差概念，其中所述转换误差概念为：

式中,ε表示转换误差，

表示误差转换函数，e(t)表示t时刻的跟踪误差；

选择合适的预设性能函数φ(t)并满足-φ(0)＜e(0)＜φ(t)，以保证转化误差ε(t)的有界性，使得所述直流母线电压的跟踪误差始终被限制在预设性能函数组成的边界之内，其中φ(0)表示初始误差，e(0)表示初始跟踪误差，表示t时刻误差；

步骤一中求解所述变换器的跟踪误差的方法包括：

所述变换器的跟踪误差的计算公式如下：

式中，i_d，i_q，i_b表示dbq坐标系下的发电机输出的电流,i_sc表示超级电容的电流，e₂，e₃，e₄，e₅表示变换器的跟踪误差，

表示蓄电池的电流输出指令，

表示超级电容的电流指令，

表示变换器的d轴电流指令，

表示变换器的q轴电流指令；

步骤二中定义分数阶滑模面的方法包括：

根据变换器的跟踪误差定义分数阶滑模面如下：

式中，σ₁，σ₂，σ₃，σ₄表示滑模的增益，α₁，α₂，α₃，α₄表示分数阶的阶次，函数

i＝1，2...4,S₁，S₂，S₃，S₄表示滑模面，e₂，e₃，e₄，e₅表示变换器的跟踪误差；

步骤三中确定参数自适应律的方法包括：

根据分数阶滑模面确定基于投影算子的参数自适应律如下：

式中，proj(.，.)表示投影算子，S₁，S₂，S₃，S₄表示滑模面，U_dc表示直流母线电压，E_d，i_b分别表示dbq坐标系下的发电机输出的电压与电流，t_d，t_q，t₁₂和t₃₄表示控制律，U_sc和i_sc表示超级电容的电压和电流,η_j＞0，j＝2，3...7表示自适应估计的增益，E_q，i_q分别表示dbq坐标系下的发电机输出的电压与电流,i_d表示dbq坐标系下的发电机输出的电流；

步骤三中在确定参数自适应律后，采用投影算子对参数自适应律进行实时修正,采用投影算子对参数自适应律进行实时修正的方法包括：

参数

是由

进行不断地积分而得到，在积分的过程中，投影算子通过实时调整自适应律Λ的值以保证参数的有界性，若估计值

到达最大值

处，且此时自适应律的函数值Λ＞0时，将自适应律Λ的函数值强制到零以保证

不会超过上界，同样，若估计值

到达最小值

处，且此时自适应律的函数值Λ＜0，将自适应律Λ的函数值设置Λ＝0使得

2.根据权利要求1所述的一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法，其特征在于：步骤二中在定义分数阶滑模面的同时构建Lyapunov函数V₂，并对所述Lyapunov函数V₂进行求导,得到

3.根据权利要求2所述的一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法，其特征在于：步骤三中还包括利用参数自适应估计单元和分数阶滑模控制单元共同保证

为负半定。

4.一种预设性能自适应分数阶滑模控制系统，其特征在于，包括：

预设性能控制模块，所述预设性能控制模块用于在直流母线电压的控制环引入预设性能控制单元，所述预设性能控制单元包括定义预设性能函数，利用所述预设性能函数使得所述直流母线电压的跟踪误差始终被限制在所述预设性能函数的边界之内，同时构建Lyapunov函数V₁并根据V₁配置虚拟控制器和变换器，并求解所述变换器的跟踪误差；

分数阶滑模控制模块，所述分数阶滑模控制模块用于根据所述变换器的跟踪误差建立分数阶滑模控制单元，所述分数阶滑模控制单元包括定义分数阶滑模面；

参数自适应估计模块，所述参数自适应估计模块用于根据所述分数阶滑模面设计基于投影算子的参数自适应估计单元，所述参数自适应估计单元包括确定参数自适应律，利用所述参数自适应律对未知参数进行实时估计；

所述预设性能控制模块执行以下步骤：

选择所述直流母线电压U_dc作为被控对象，确定所述直流母线电压U_dc与额定参考电压

的误差e₁，

在所述直流母线电压的控制环引入预设性能控制单元，所述预设性能控制单元包括定义预设性能函数φ(t)和引入转换误差概念，其中所述转换误差概念为：

式中,ε表示转换误差，

表示误差转换函数，e(t)表示t时刻的跟踪误差；

选择合适的预设性能函数φ(t)并满足-φ(0)＜e(0)＜φ(t)，以保证转化误差ε(t)的有界性，使得所述直流母线电压的跟踪误差始终被限制在预设性能函数组成的边界之内，其中φ(0)表示初始误差，e(0)表示初始跟踪误差，表示t时刻误差；

所述预设性能控制模块求解所述变换器的跟踪误差的方法包括：

所述变换器的跟踪误差的计算公式如下：

式中，i_d，i_q，i_b表示dbq坐标系下的发电机输出的电流,i_sc表示超级电容的电流，e₂，e₃，e₄，e₅表示变换器的跟踪误差，

表示蓄电池的电流输出指令，

表示超级电容的电流指令，

表示变换器的d轴电流指令，

表示变换器的q轴电流指令；

所述分数阶滑模控制模块定义分数阶滑模面的方法包括：

根据变换器的跟踪误差定义分数阶滑模面如下：

式中，σ₁，σ₂，σ₃，σ₄表示滑模的增益，α₁，α₂，α₃，α₄表示分数阶的阶次，函数

i＝1，2...4,S₁，S₂，S₃，S₄表示滑模面，e₂，e₃，e₄，e₅表示变换器的跟踪误差；

所述参数自适应估计模块确定参数自适应律的方法包括：

根据分数阶滑模面确定基于投影算子的参数自适应律如下：

式中，proj(.，.)表示投影算子，S₁，S₂，S₃，S₄表示滑模面，U_dc表示直流母线电压，E_d，i_b分别表示dbq坐标系下的发电机输出的电压与电流，t_d，t_q，t₁₂和t₃₄表示控制律，U_sc和i_sc表示超级电容的电压和电流，η_j＞0，j＝2，3...7表示自适应估计的增益，E_q，i_q分别表示dbq坐标系下的发电机输出的电压与电流,i_d表示dbq坐标系下的发电机输出的电流；

所述参数自适应估计模块在确定参数自适应律后，采用投影算子对参数自适应律进行实时修正,采用投影算子对参数自适应律进行实时修正的方法包括：

参数

是由

进行不断地积分而得到，在积分的过程中，投影算子通过实时调整自适应律Λ的值以保证参数的有界性，若估计值

到达最大值

处，且此时自适应律的函数值Λ＞0时，将自适应律Λ的函数值强制到零以保证

不会超过上界，同样，若估计值

到达最小值

处，且此时自适应律的函数值Λ＜0，将自适应律Λ的函数值设置Λ＝0使得

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