[发明专利]一种内燃机车异步电机内模控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种内燃机车异步电机内模控制方法。

背景技术

由于单轴功率大、粘着性能好、牵引再生控制方便、节能指标好等优点，目前内燃机车广泛采用交流传动系统。对于其控制算法来说，矢量控制几乎已经成为一个工业标准，特别是转子磁场定向，因为可以实现转矩和磁链的解耦控制而在传动系统中得到广泛的应用。在低开关频率下，开关周期的增大会带来一系列不利影响：数字控制中的延时增大、电流环带宽降低、转矩和磁链的动态解耦性能变差、电流谐波增大等。这些特点都使大功率传动系统的矢量控制不同于传统的小功率系统。

内模控制是一种从化工过程控制中发展起来的控制方法，设计原理简单，参数整定直观，鲁棒性强，控制性能好，因此得到了国内外学者的关注。然而，常规内模控制仅有一个可调参数，设计方便，控制简单。但是，在跟踪性和鲁棒性之间只能折中考虑，难以达到双优控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内燃机车异步电机的内模控制方法，以解决现有技术存在的跟踪性和鲁棒性难以达到双优控制的问题。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种内燃机车异步电机的内模控制方法，通过给被控对象并联一个与被控对象尽量一致的标称模型，利用被控对象的电流输出值与标称模型的电流输出值作差，得到的差值经过一个反馈控制器，反馈到内模控制器的输入端，与期望电流值作差后输入到内模控制器来抑制参数的变化、模型失配与外部干扰信号；将变阻尼算法引入到内模控制器当中，利用变阻尼算法对参数k_p调整，达到对内模控制器滤波时间常数β的调整，所述方法包括如下环节：

1)给出重构的标称模型G_n(s)，即异步电机电流环的模型为：其中σ为漏磁系数，ω_s为磁场同步旋转角速度，L_s为定子电感，R_s为定子电阻；异步电机内模控制器电流输出表达式为：其中，e(s)为被控对象的电流输出值与标称模型电流输出值之差，即s为频域拉普拉斯算子，G(s)为被控对象模型，即异步电机，R(s)为期望电流值，d(s)为外部扰动，C(s)为内模控制器C(s)＝f(s)·[G_n(s)]^-1，β是滤波时间常数；k_p是由变阻尼算法得到的一个调节系数，可以通过控制k_p来实现对R(s)和e(s)的调节；

2)上述1)中提到的由变阻尼算法得到的k_p由下面方程确定：式中，k₁是变阻尼算法启动开始时希望加入的较大阻尼参数值，k₂是调节斜率值，k_p为阻尼参数输出值，v(t)为变阻尼算法的输入值，也就是内模控制中所设计的滤波时间常数β，x₁和x₂为两个状态变量；其中x₁是跟踪v(t)，而x₂是作为v(t)的“近似微分”，a为阻尼表达式的跟踪控制斜率，当a增大时，x₁跟踪v(t)越快，反之，x₁跟踪v(t)越慢。

本发明利用变阻尼算法对内模控制器滤波时间常数进行动态调节，在启动阶段给定k₁倍滤波参数，启动完成后，恢复为v(t)倍滤波参数。本发明系统结构简单、稳定性高；控制方法参数不需要大量的计算就能完成。有效改善内燃机车异步电机的动态性能，可应用于工程实践当中。

附图说明

图1为免疫二自由度内模控制的永磁同步电机系统框图。

图2为内模控制框图。

图3为变阻尼微分跟踪器非线性函数。

图4为变阻尼内模控制框图。

具体实施方案

本发明为一种内燃机车异步电机内模控制方法，以改善异步电机的内模控制全程范围内固定滤波时间常数的问题。由附图2知，通过给被控对象并联一个与被控对象尽量一致的标称模型，利用被控对象的电流输出值与标称模型的电流输出值作差，经过一个反馈控制器，反馈到内模控制器的输入端，与期望电流值作差后输入到内模控制器来抑制参数的变化、模型失配与外部干扰信号，以提高系统的鲁棒性。所述控制方法包括如下环节：