[发明专利]非调和谐波干扰下的带有机械弹性储能的永磁电动机组控制方法

摘要

一种非调和谐波干扰下的带有机械弹性储能的永磁电动机组控制方法，所述永磁电动机组包括永磁同步电机、齿轮变速箱和用作机械弹性储能的涡簧箱，所述控制方法首先建立包含永磁同步电机、齿轮变速箱和涡簧箱的永磁电动机组的全系统数学模型，然后针对由非线性外部系统产生的非线性扰动，设计非线性内模方程和状态反馈控制器。本发明基于外部干扰的类型特征进行非线性内模设计；在标称系统控制律的基础上，根据构建的内模方程进行了状态反馈控制器的设计。试验结果表明，设计的状态反馈控制器能够保证在多类外部干扰下使永磁电动机组输出的角速度保证基本稳定，并使闭环系统能够很快地跟踪参考信号，实现了机组的高精度伺服控制。

主权项

1.一种非调和谐波干扰下的带有机械弹性储能的永磁电动机组控制方法，其特征是，所述永磁电动机组包括永磁同步电机、齿轮变速箱和用作机械弹性储能的涡簧箱，所述控制方法首先建立包含永磁同步电机、齿轮变速箱和涡簧箱的永磁电动机组的全系统数学模型，然后针对由非线性外部系统：，其中，矩阵，，为充分光滑的函数，且，产生的非线性扰动，设计非线性内模方程：，其中，为外部系统产生的信号，为状态变量，为控制输入，和均为已知的光滑向量场，为一适当维数的矩阵，为Hurwitz矩阵，为非奇异矩阵，为矩阵，为光滑函数，状态反馈控制器设计为：，其中，为多变量干扰系统的标称系统的状态反馈控制律，；其中：v₁、v₂分别为作用于d轴、q轴的非调和谐波干扰信号，a、b为大于零的常数，A₁₁、A₂₁、A₁₂、A₂₂为矩阵参数，、、、、、、、均为一定维数的矩阵，c₁、c₂、c₃为常数，、为原多变量干扰系统的无扰动标称系统的镇定律，、为光滑函数，F₁、F₂为Hurwitz矩阵，q₁、q₂为矩阵参数，、为Sylvester方程的非奇异解，u₁、u₂为控制电压，u_d、u_q为永磁电动机定子电压的d、q轴分量，ω_m为电机输出的角速度;控制按如下步骤进行：首先，根据永磁电机式机械弹性储能机组的实际运行参数，确定机组的全系统数学模型；根据作用于d轴的非调和谐波干扰信号v₁，选取a、b确定矩阵参数A₁₁、A₂₁，并得到、、和；根据作用于q轴的非调和谐波干扰信号v₂，选取a、b确定矩阵参数A₁₂、A₂₂，并得到、、和；依据Laypunov函数选取常数c₁，c₂和c₃，确定无扰动标称系统的镇定律和；选取函数和，确定矩阵参数和；选取矩阵F₁，解Sylvester方程得到矩阵，并结合得到q₁，选取矩阵F₂，解Sylvester方程得到矩阵，并结合得到q₂；将F₁、、、代入设计的非线性内模方程，得到d轴的非线性扰动信号v₁的估计值，将F₂、、、代入设计的非线性内模方程，得到q轴的非线性扰动信号v₂的估计值；再将得到的非线性扰动信号v₁的估计值、无扰动标称系统的镇定律、矩阵参数q₁和函数一并代入设计的状态反馈控制器，得到控制电压u₁、即u_d；同样，将得到的非线性扰动信号v₂的估计值、无扰动标称系统的镇定律、矩阵参数q₂和函数一并代入设计的状态反馈控制器，得到控制电压u₂、即u_q；最后，将控制电压u_d和u_q输入到永磁电动机组的全系统数学模型中，就能够保证在非调和谐波干扰下永磁电动机组输出的角速度ω_m保持基本稳定。