[发明专利]一种直流电机速度控制方法及系统

权利要求书

1.一种直流电机速度控制方法，其特征在于，包括：

建立直流电机的模型，根据所述模型获得所述直流电机的输入电压与角速度的第一状态方程；

建立自适应滑模面，根据所述第一状态方程，确定自适应滑模控制的滑模面的一阶导数与切换函数的对应关系；

根据所述对应关系确定所述直流电机的控制量；

所述建立直流电机的模型，根据所述模型获得所述直流电机的输入电压与角速度的第一状态方程的过程具体为：

建立直流电机的模型，根据所述模型得到所述直流电机的输入电压与角速度的传递函数为：

其中，G(s)为传递函数，s代表复频率，w(s)为角速度，V_a(s)为电枢的输入电压，R_a为电枢电阻，L_a为电枢电感，J为转动惯量，B为粘性摩擦系数，k_e为反电势系数，k_m为磁性材料系数；

根据所述传递函数，获得所述直流电机的输入电压与角速度的第一状态方程为：

其中，为角速度的导数，V_a(t)为电枢的输入电压，t代表时间，e为指数；

所述根据所述第一状态方程，确定自适应滑模控制的滑模面的一阶导数与切换函数的对应关系的过程具体为：

自适应滑模控制的滑模面的一阶导数为：

其中，

其中，s为滑模面，为s的导数，sgn()为符号函数，为自适应参数，为的一阶导数，λ为系数；

根据如下公式，建立滑模面：

s＝e_w＝w_r-w；

根据滑模控制的原理，代入所述第一状态方程，得到所述对应关系为：

其中，为角速度偏差的导数，w_r为期望角速度，w为实际角速度；

所述根据所述对应关系，确定所述直流电机的控制量的过程具体为：

其中，u(t)表示控制量，即为输入电压V_a(t)。

2.根据权利要求1所述的直流电机速度控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

根据所述模型，获得所述直流电机的负载转矩与角速度的第二状态方程；

估计扰动转矩得到扰动转矩估计值，并根据所述扰动转矩估计值和所述第二状态方程建立所述负载转矩与所述角速度的估计状态方程；

根据所述估计状态方程，建立所述直流电机的观测器。

3.根据权利要求2所述的直流电机速度控制方法，其特征在于，所述第二状态方程为：

T_L＝0；

其中，w(t)为角速度，为角速度的导数，T_L(t)为扰动转矩，T_e(t)为转矩。

4.根据权利要求3所述的直流电机速度控制方法，其特征在于，所述扰动转矩估计值为：

其中，为扰动转矩估计值，k₂、l₂和h₂为系数，e_w为角速度偏差；

则所述估计状态方程为：

其中，为角速度的估计状态，k₁、l₁和h₁为系数。

5.一种直流电机速度控制系统，其特征在于，包括：

建立单元，用于建立直流电机的模型，根据所述模型获得所述直流电机的输入电压与角速度的第一状态方程；

第一确定单元，用于建立自适应滑模面，根据所述第一状态方程，确定自适应滑模控制的滑模面的一阶导数与切换函数的对应关系；

第二确定单元，用于根据所述对应关系确定所述直流电机的控制量；

所述建立直流电机的模型，根据所述模型获得所述直流电机的输入电压与角速度的第一状态方程的过程具体为：

建立直流电机的模型，根据所述模型得到所述直流电机的输入电压与角速度的传递函数为：

其中，G(s)为传递函数，s代表复频率，w(s)为角速度，V_a(s)为电枢的输入电压，R_a为电枢电阻，L_a为电枢电感，J为转动惯量，B为粘性摩擦系数，k_e为反电势系数，k_m为磁性材料系数；

根据所述传递函数，获得所述直流电机的输入电压与角速度的第一状态方程为：

其中，为角速度的导数，V_a(t)为电枢的输入电压，t代表时间，e为指数；

所述根据所述第一状态方程，确定自适应滑模控制的滑模面的一阶导数与切换函数的对应关系的过程具体为：

自适应滑模控制的滑模面的一阶导数为：

其中，

其中，s为滑模面，为s的导数，sgn()为符号函数，为自适应参数，为的一阶导数，λ为系数；

根据如下公式，建立滑模面：

s＝e_w＝w_r-w；

根据滑模控制的原理，代入所述第一状态方程，得到所述对应关系为：

其中，为角速度偏差的导数，w_r为期望角速度，w为实际角速度；

所述根据所述对应关系，确定所述直流电机的控制量的过程具体为：

其中，u(t)表示控制量，即为输入电压V_a(t)。