[发明专利]基于状态约束的异步电动机命令滤波模糊控制方法

说明书

本发明公开了一种基于状态约束的异步电动机命令滤波模糊控制方法。该方法通过构建障碍Lyapunov函数，以保证异步电动机驱动系统的转子角速度、定子电流等状态量始终在给定的状态区间内；通过引入命令滤波技术，以克服传统反步法无法避免的“计算爆炸”问题，并引入滤波误差补偿机制消除滤波误差的影响，采用模糊逻辑系统逼近系统中的非线性项，构造命令滤波模糊控制器。此外，本发明还考虑异步电动机的铁损问题，使用更加精确的模型。仿真结果表明，本发明方法不仅能够实现理想的位置跟踪效果，同时将转子角速度、定子电流等状态量约束在给定的约束区间内，避免因违反状态约束而引发的安全问题。

技术领域

本发明属于异步电动机位置跟踪控制技术领域，尤其涉及一种考虑铁损的基于状态约束的异步电动机命令滤波模糊控制方法。

背景技术

异步电动机因其廉价、结构简单、可靠性高以及耐用的优点，在工业、农业、航天等领域得到了广泛的应用。异步电动机的数学模型具有高阶非线性和参数时变的特性，传统的矢量控制和直接转矩控制方法难以获得良好的动态响应。近年来，自适应控制、模糊控制和反步控制等先进的控制方法被广泛应用于异步电动机驱动系统的相关问题研究中。其中，基于模糊逻辑的自适应控制方法可用来逼近系统中的非线性函数；而反步法作为最有效的构建控制器的方法之一，引起了越来越多的关注。然而，当需要对虚拟控制函数重复求导时，传统反步法会出现“计算爆炸”的问题。在许多实际工程中，系统的输出和状态总是被约束在给定的区间内，否则将不能保证安全规范和系统的性能。另外，违反状态约束可能使系统的性能退化，出现故障，甚至威胁人身安全。当异步电动机实际应用(如吊车、机床等)时，转子位置和转子角速度都应被限制在给定的范围内。过大的转子磁链会导致转子磁芯的饱和，产生严重的热损耗。过大的励磁电流会造成电网的电压波动，并会影响同一电网其他设备的操作。同时，电机绕组严重发热，会加速绝缘老化，缩短电机使用寿命。因此，对于异步电动机来说，转子位置、转子角速度、转子磁链和励磁电流等状态量都应被限制在一定的范围内。此外，长时间工作在轻载状态下，异步电动机将产生大量的铁芯损耗，这将对控制性能产生不利的影响。由此可见，迫切需要提出一种控制方法，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于状态约束的异步电动机命令滤波模糊控制方法，以克服传统反步法引起的计算爆炸问题，且保证异步电动机驱动系统的状态量在给定的状态区间内。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

基于状态约束的异步电动机命令滤波模糊控制方法，包括如下步骤：

a.建立考虑铁损的异步电动机的动态数学模型，如公式(1)所示：

其中，Θ为转子角度，ω_r为转子角速度，J为转动惯量，T_L为负载转矩，ψ_d为转子磁链，n_p为极对数，i_ds为d轴定子电流，i_qs为q轴定子电流，i_dm为d轴励磁电流，i_qm为q轴励磁电流，u_ds为d轴定子电压，u_qs为q轴定子电压，R_s为定子的电阻，L_1s为定子的电感，R_r为转子的电阻，L_1r为转子的电感，R_fe为铁损阻抗，L_m为互感；

为了简化上述动态数学模型，定义如下新变量：

则考虑铁损的异步电动机的动态数学模型表示为：