[发明专利]一种吸尘器高速电机控制方法及自适应变结构转速控制器

说明书

本发明实施例公开了一种吸尘器高速电机控制方法及自适应变结构转速控制器，以解决现有技术在系统的参数变化范围较大时控制效果不理想的问题。该吸尘器高速电机控制方法，针对电机的转速控制，对于给定的初始条件，经过若干次自适应的斜率调整，最后使轨迹进入最终切换线上的稳定区，在保持变结构控制强鲁棒性的前提下，以最快的速度实现变结构控制。本发明将自适应控制与变结构控制相结合构建了一种变结构自适应控制模型，可减小参数变化及负载扰动对超高速永磁电机调速系统的影响。

技术领域

本发明涉及一种电机控制方法，具体涉及一种吸尘器高速电机控制方法及控制器。

背景技术

电机是吸尘机的关键部件，强劲的动力是吸力最直接的保障，需要实现每分钟高达十几万转以上的速度，才能保证吸尘机性能。因此对高速电机的优化控制具有重要意义。

永磁电机在几万转以上的超高速运行时，系统参数变化以及负载扰动等都会影响系统的动态性能。传统的PID控制器参数固定，控制方法相对简单，在低阶线型系统的控制中具有良好效果。但在具有超高速永磁电机控制对象这种高阶、非线性、强耦合特点的调速系统中，PID速度控制器很难对负载扰动、参数变化等非线性扰动起到较好的抑制效果，系统控制效果及精度难以达到性能指标的要求。

传统的变结构控制在非线性、不确定性系统的控制中有较好效果，该方法对于参数变动以及外部干扰有着较强的鲁棒性。但由于变结构控制理论本身的特点，在系统的参数变化范围较大时，将会出现抖振现象，甚至激发系统中未建模部分的动态性能。

发明内容

本发明实施例提供一种吸尘器高速电机控制方法及自适应变结构转速控制器，以解决现有技术在系统的参数变化范围较大时控制效果不理想的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

第一方面，一种吸尘器高速电机控制方法，针对电机的转速控制，对于给定的初始条件，经过若干次自适应的斜率调整，最后使轨迹进入最终切换线上的稳定区，在保持变结构控制强鲁棒性的前提下，以最快的速度实现变结构控制。

进一步地，所述电机为永磁电机，针对电机的转速控制忽略了电机的凸极效应。

进一步地，该控制方法对应的自适应变结构控制器数学模型是在d-q坐标系下，基于Lyapunov函数，并结合LaSalle不变性原理构建得到，其输入为速度给定并接收速度反馈，其输出为q轴参考电流。

进一步地，该控制方法中，在d-q坐标系下定义的永磁电机的运动方程如下式所示：

式中，K为电机转矩系数，J是折算到电机侧的转动惯量，B是粘性摩擦系数，T_l是负载转矩，ΔT_l为转矩扰动；ω为电机侧的角速度；i_q为q轴电流；并作如下假设：

假设一：速度给定ω^*二阶可导；

假设二：扰动转矩ΔT_l及其一阶导数有界；

假设三：变动参数J、K、B均有界。

进一步地，控制输出q轴参考电流的表达式为：

其中，J₀为初始转动惯量，k₁为负载端的转矩系数，k₁＞0，为速度跟踪误差e₁的一阶导数，B₀为初始粘性摩擦系数，为速度给定x_d的一阶导数，c₁为正的常数，为总的不确定性F的估计值，为速度给定x_d的二阶导数，h和β为正常数，s为切换函数，α为Lyapunov函数的特征指数，ε为Lyapunov函数的特征常数。