1.考虑铁损的电动汽车永磁同步电机命令滤波模糊控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
a建立考虑铁损的永磁同步电机的动态模型:
其中,ωγ表示电机角速度,np表示极对数,J表示转动惯量,TL表示负载转矩;id和iq表示d-q轴定子电流;ud和uq表示d-q轴定子电压;iod和ioq表示d-q轴励磁电流分量;Ld和Lq表示d-q轴电感;Lld和Llq表示d-q轴漏感;Lmd和Lmq表示d-q轴励磁电感;R1和Rc表示定子电阻和铁心损耗电阻;λPM是转子永磁体的励磁磁通;
为简化永磁同步电机的动态模型,定义新的变量:
永磁同步电机的动态数学模型用如下方程来表示:
其中,
b设计一种考虑铁损的永磁同步电机驱动系统的控制方法,永磁同步电机的动态数学模型简化为两个近似独立的子系统,即由状态变量(x1,x2,x3)和控制输入uq组成的子系统以及由状态变量(x4,x5)和控制输入ud组成的子系统;
定义跟踪误差变量为z1=x1-x1d,z2=x2-x1,c,z3=x3-x2,c,z4=x4,z5=x5-x4,c;
定义x1d为期望的速度信号,α1,α2,α4为虚拟控制信号,x1,c,x2,c,x4,c为命令滤波输出,k1,k2,k3,k4,k5为正的设计参数;
控制方法设计的每一步都会选取一个合适Lyapunov函数构建一个虚拟控制函数或者真实的控制律:控制方法的设计具体包括以下步骤:
b.1根据方程对z1求导得到误差动态方程:选择Lyapunov函数:对V1求导得到:
选择由万能逼近定理,对于任意小的正数ε1,存在模糊逻辑系统使得非线性函数其中,δ1表示逼近误差,并满足不等式|δ1|≤ε1,,定义其中,变量分别为模糊权向量W1,W2,W3,W4,W5的估计值,是估计误差;
S(Z)=[s1(Z),s2(Z),…,sl(Z)]T为基向径函数,si(Z)选用高斯函数如下:
式中,μi=[μi1,…,μiq]T是Gaussian函数分布曲线的中心位置,而ηi则为其宽度;
构建虚拟控制函数
按照公式(5),将公式(4)改写为:
b.2根据方程对z2求导得到误差动态方程:选择Lyapunov函数:对V2求导得:
选择f2(Z2)=b2x1x4+b3x1-b1x2,由万能逼近定理,对于任意小的正数ε2,存在模糊逻辑系统使得非线性函数其中,δ2表示逼近误差,并满足不等式|δ2|≤ε2;
构建虚拟控制函数
按照公式(8),将公式(7)改写为:
b.3根据方程对z3求导得到误差动态方程:选择Lyapunov函数:对V3求导得到:
选择f3(Z3)=b4x3+b5x2,由万能逼近定理,对于任意小的正数ε3,存在模糊逻辑系统使得非线性函数其中,δ3表示逼近误差,并满足不等式|δ3|≤ε3;
构建真实的控制律
按照公式(11),将公式(10)改写为:
b.4根据方程对z4求导得到误差动态方程:选择Lyapunov函数:对V4求导得到
选择f4(Z4)=-b1x4-b2x1x2,由万能逼近定理,对于任意小的正数ε4,存在模糊逻辑系统使得非线性函数其中,δ4表示逼近误差,并满足不等式|δ4|≤ε4;
构建虚拟控制函数
按照公式(14),将公式(13)改写为:
b.5根据方程对z5求导得到误差动态方程:选择Lyapunov函数:
对V5求导得到
选择f5(Z5)=b4x5+b5x4,由万能逼近定理,对于任意小的正数ε5,存在模糊逻辑系统使得非线性函数其中,δ5表示逼近误差,并满足不等式|δ5|≤ε5;
构建真实的控制律
按照公式(16),将公式(15)改写为:
b.6构建Lyapunov函数为:对V(1)求导得到:
选择相应的自适应律
其中,r1,r2,r3,r4,r5,m1,m2,m3,m4,m5均为大于零的常数;
根据杨氏不等式,得到:
按照公式(18)和(19),将公式(17)改写为:
同样,由杨氏不等式得到:
按照公式(21),将公式(20)改写为:
根据|xid-αi|<μ,其中,μ是任意小的正数,以及a1,b1≤ρ,且ρ是正常数,得到:
得到:
b.7定义补偿信号如下:
其中,ξ(0)=0,||ξi||是有界的,如果t趋近于∞,有其中,由命令滤波器的定义可知,常数μ>0,常数ρ>0,
设计跟踪补偿误差νi=zi-ξi,闭环系统的跟踪误差的微分方程写为:
得到:
c对建立的考虑铁损的永磁同步电机驱动系统的控制方法进行稳定性分析
选取新的Lyapunov函数对其求导得到:
选择自适应律为
根据杨氏不等式,得到:
按照公式(27)和(28),公式(26)改写为:
同理,根据将公式(29)改写为:
其中,
因此,得到:
因此,νi和有界的,因为是θ常数,所以是有界的,又因为zi=νi+ξi,||ξi||是有界的,因此zi也是有界的;
因此x(t)和其他所有控制信号在任何时间段内都是有界的,由公式(31)得到: