[发明专利]基于分数阶微积分的开环迭代学习的控制方法和系统

说明书

本发明公开了基于分数微积分的开环迭代学习的控制方法与系统，其中方法包括以下步骤：建立离散分数阶开环迭代学习控制器；建立基于矢量控制的永磁同步电机位置伺服系统，对分数阶微积分迭代学习控制器等价变换；将i_q、i_d和比较得到的差值，分别送入电流调节器，经过电流调节器得到电压控制量u_d和u_q；u_d和u_q经过PARK逆变换转换到αβ坐标系下的电压控制量u_α和u_β，然后根据u_α和u_β生成脉冲调制PWM信号，并通过SVPWM原理控制三相逆变器生成三相电压信号。本发明具有更高的控制精度，同时兼顾了实用性和准确性。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，涉及一种基于分数阶微积分的开环迭代学习的控制方法和系统。

背景技术

在实际工业生产中包括诸多重复性或周期性运动过程的系统，如机器人焊接、手机等各种工业生产线以及纺织业等，这些设备具有一个共同的特点，即具有重复性的运动和生产过程。现有的控制算法一般是采用PID、滑模以及自适应等控制算法，这些算法一般是采用单一的反馈或前馈技术，虽然对单一产品能够获得满意的精度，但对产品的一致性问题不能够得到很好的解决。

迭代学习控制是对具有重复性运动的系统的一种控制算法，它运用先前控制中的数据信息，通过在线迭代寻找合适控制输入，能够得到精确的控制效果。而分数阶微积分具有很好的记忆功能和遗传特性，将分数阶微积分与迭代学习控制相结合，将会是一种可行的控制算法。但分数阶微积分由于计算量大，导致在工业控制中利用DSP等微处理器实现较为困难。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于分数阶开环迭代学习的永磁同步电机(PMSM)位置伺服控制方法。本发明将离散分数阶迭代学习应用于位置控制设计中，并对分数阶微积分工程化实现进行设计，分数阶的引入使得系统有更高的控制精度。本发明兼顾了实用性和准确性，具有较高的应用价值。

为实现上述目的，本发明的技术方案为基于分数阶微积分的开环迭代学习的控制方法，包括以下步骤：

S10，建立离散分数阶开环迭代学习控制器，其中迭代学习控制律采用PD^α型迭代学习控制律进行位置控制；

S20，建立基于矢量控制的永磁同步电机位置伺服系统，结合分数阶微积分改善控制器性能，其中学习增益和分数阶微积分因子根据系统的动态性能和稳态性能来调整；

S30，对分数阶微积分迭代学习控制器等价变换；

S40，对电机位置控制量u_k(i)进行收敛证明，将i_q、i_d和比较得到的差值，分别送入电流调节器，经过电流调节器得到电压控制量u_d和u_q；

S50，得到电机位置控制量之后，采用位置环+电流环控制策略，控制量经过位置调节器转化为q坐标系下的电流控制量，d轴给定参考为0；

S60，u_d和u_q经过PARK逆变换转换到αβ坐标系下的电压控制量u_α和u_β，然后根据u_α和u_β生成脉冲调制PWM信号，并通过SVPWM原理控制三相逆变器生成三相电压信号。

优选地，所述S10包括以下步骤：

S11，dq坐标系下，永磁同步电机的离散机械动力学方程为：