[发明专利]永磁同步电机命令滤波有限时间模糊控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机命令滤波有限时间模糊控制方法。该控制方法针对电机驱动和控制系统中存在的非线性问题，在传统的反步设计方法中引入命令滤波技术，成功地克服了在传统反步控制中由于连续求导所引起的“计算爆炸”问题；利用模糊逻辑系统逼近系统中的非线性函数，将命令滤波反步技术与模糊自适应方法结合起来构造了模糊自适应控制器；利用有限时间的方法能够对外部负载干扰等信号具有抗干扰性和鲁棒性；在有限时间控制下系统稳定跟踪误差小，动态响应时间短，提高了系统的收敛速度和干扰抑制能力。本发明与现有技术相比，具有更快的响应速度、更强的抗干扰能力和更好的跟踪效果。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机调速控制技术，尤其涉及一种永磁同步电机命令滤波有限时间模糊控制方法。

背景技术

永磁同步电机以其优越的性能广泛的应用于交流伺服系统中，永磁同步电机是一个多变量、强耦合的非线性控制对象，并受电机参数变化、外部负载扰动等不确定性因素的影响。矢量控制、直接转矩控制等传统控制策略，使永磁同步电机的性能有了较大的提高，但这些方法未从理论上给出完整的证明，没有从根本上解决电机参数变化、外部负载扰动的问题。

由于永磁同步电机的动态数学模型具有高度的非线性、多变量的特点，因此永磁同步电机需要一套更复杂的控制方法。为满足实际应用对于永磁同步电机更高的要求，提出了模糊逻辑控制、反步法控制和滑模控制等基于最近现代控制理论的控制策略。反步法是一种控制具有不确定性、非线性的系统，尤其是那些不满足给定条件的系统的方法。将反步法运用在永磁同步电机系统中使用虚拟控制变量来使永磁同步电机的高阶系统简单化；与此同时，通过选择一个合适的Lyapunov控制函数，可以系统地得到控制输出。然而，传统反步控制中对虚拟控制函数进行连续求导，容易引起“计算爆炸”问题。

有限时间(Finite-time)是一种简单易用、有效的控制方法。

从控制系统时间优化的角度来看，使闭环系统有限时间收敛的控制方法是时间极优的控制方法。有限时间收敛是指系统在设定时间的区间内，系统状态轨迹在预定的界限内达到平衡。有限时间稳定是指在一个有限的时间区间内，系统的状态轨线始终保持在预先给定的界限内。有限时间稳定对控制系统本身的条件要求更低，在现实条件中运用更加广泛，更符合实际需要。除了收敛性能极优的优点外，和无限时间控制技术(指数收敛或一般其他的渐近收敛)相比，在对具有不确定参数和外部扰动干扰情况下的系统进行控制时，有限时间稳定系统在原点附近具有更快的收敛性，并具有更好的鲁棒性和抗干扰性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种永磁同步电机命令滤波有限时间模糊控制方法，该控制方法能够克服参数未知以及负载变化的影响，以实现更加有效的位置跟踪控制。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

永磁同步电机命令滤波有限时间模糊控制方法，包括如下步骤：

a建立永磁同步电机的动态数学模型：

其中，Θ表示电机角位置，ω表示电机角速度，n_p表示极对数，B表示摩擦系数，J表示转动惯量，T_L表示负载转矩，R_s表示定子电阻，i_d和i_q表示d-q轴定子电流；L_d和L_q表示d-q轴定子电感；u_d和u_q表示d-q轴定子电压，Φ表示永磁体产生的磁链；

为简化永磁同步电机的动态数学模型，定义新的变量：

永磁同步电机的动态数学模型用差分方程表示为：