[發(fā)明專利]考慮鐵損的電動汽車異步電機(jī)模糊反步控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310682764.9
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103701390A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于金鵬;馬玉梅;于海生;山炳強(qiáng);李琪煒
• 申請（專利權(quán)）人: 青島大學(xué)
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司 37205
• 代理人: 王連君

1.考慮鐵損的電動汽車異步電機(jī)模糊反步控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

a、建立考慮鐵損的異步電機(jī)的動態(tài)模型

在同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標(biāo)下考慮鐵損的異步電機(jī)的動態(tài)模型可表示為：

其中，Θ為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子角度、ω_r為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度、J為轉(zhuǎn)動慣量、T_L為負(fù)載轉(zhuǎn)矩、為轉(zhuǎn)子磁鏈、n_p為極對數(shù)、i_qs為q軸定子電流、i_ds為d軸定子電流、u_qs為異步電機(jī)q軸定子電壓、u_ds為異步電機(jī)d軸定子電壓、L_m為互感、L_1r為定子漏感、L_1s為轉(zhuǎn)子漏感、R_s為異步電機(jī)定子等效電阻、R_r為異步電機(jī)轉(zhuǎn)子等效電阻、R_fe為異步電機(jī)鐵損等效電阻、i_qm為q軸勵磁電流、i_dm為d軸勵磁電流；

為簡化異步電機(jī)的動態(tài)模型，定義如下變量：

則考慮鐵損的異步電機(jī)的動態(tài)模型可表示為：

x.1=x2x.2=1Ja1x3x5-TLJx.3=b1x4-b2x3+b3x3x6x5+x2x6x.4=c1uqs-c2x4+x2x7+c3x3x7x5+c4x3x.5=d1x5+d2x6x.6=e1x7+e2x5-e3x6+e4x32x5+x2x3x.7=f1uds-f2x7+f3x3x4x5+x2x4-f4x5+f5x6---(3)]]>

b、根據(jù)反步法原理，設(shè)計考慮鐵損的異步電機(jī)模糊反步控制器

定義系統(tǒng)誤差變量如下：

z1=x1-x1dz2=x2-α1z3=x3-α2z4=x4-α3z5=x5-x5dz6=x6-α4z7=x7-α5---(4)]]>

其中，x_1d為期望的速度信號、x_5d為磁鏈的參考信號、α_i為所期望的虛擬控制信號，i＝1，2,3,4,5；

c、為確保x₁能有效跟蹤期望信號x_1d，選取李雅普諾夫控制函數(shù)如下：

V1=12z12---(5)]]>

對式（5）求導(dǎo)可得：

V.1=z1z.1=z1(x.1-x.1d)=z1(x2-x.1d).---(6)]]>

將x₂視為第一個子系統(tǒng)的控制輸入，選取虛擬控制函數(shù)其中k₁＞0，則得到：

V.1=-k1z12+z1z2.---(7)]]>

其他參數(shù)采用與步驟c相同的方式跟蹤與該參數(shù)所對應(yīng)的期望信號；

d、在步驟c之后依次出現(xiàn)非線性項：

g3=a1x5z2-b2x3+b3x3x6x5+x2x6-α.2---(8)]]>

g4=b1z3-c2x4+x2x7+c3x3x7x5+c4x3-α.3---(9)]]>

g6=d2z5+e2x5-e3x6+ex32x5+x2x3-α.4---(10)]]>

g7=e1z6-f2x7+f3x3x4x5+x2x4-f4x5+f5x6-α.5---(11)]]>

采用模糊自適應(yīng)反步法，通過模糊邏輯系統(tǒng)逼近非線性函數(shù)：

d.1選取李雅普諾夫函數(shù)對V₃求導(dǎo)得：

其中，由萬能逼近定理，對于任意小的正數(shù)ε₃，選取模糊邏輯系統(tǒng)使得其中δ₃表示逼近誤差，并滿足不等式|δ₃|≤ε₃，從而：

z3g3=z3W3TS3+z3δ3≤12l32z32||W3||2S3TS3+12l32+12z32+12ϵ32---(13)]]>

其中，||W₃||是向量W₃的范數(shù)，將（13）帶入（12）得：

取虛擬控制函數(shù)為：

α3=1b1(-k3z3-12z3-12l32z3θ^S3TS3)---(15)]]>

其中，k₃＞0，為θ的估計值，θ將在后面定義，把式（15）代入式（14）得：

d.2選取李雅普諾夫函數(shù)對V₄求導(dǎo)得：

其中，g4=b1z3-c2x4+x2x7+c3x3x7x5+c4x3-α.3,]]>再一次利用模糊邏輯系統(tǒng)逼近非線性函數(shù)g₄，使得：

z4g4=z4W4TS4+z4δ4≤12l42z42||W4||2S4TS4+12l42+12z42+12ϵ42---(18)]]>

將（18）帶入（17）得：

取控制律u_qs為：

uqs=-k4z4-12z4-12l42z4θ^S4TS4---(20)]]>

其中，k₄＞0；

d.3選取李雅普諾夫函數(shù)對V₆求導(dǎo)得：

V.·6≤V.·4-k5z52+d2z5z6+z6(e1x7+e2x5-e3x6+ex32x5+x2x3-α.·4)---(21)]]>

其中，再一次利用模糊邏輯系統(tǒng)逼近非線性函數(shù)g₆，可得：

z6g6=z6W6TS6+z6δ6≤12l62z62||W6||2S6TS6+12l62+12z62+12ϵ62---(22)]]>

將（22）帶入（21）得：

V.·6≤V.·4-k5z52+z6(e1x7+12z6+12l62z6||W6||2S6TS6)+12l62+12ϵ62---(23)]]>

取虛擬控制函數(shù)為：

α5=1e1(-k6z6-12z6-12l62z6θ^S6TS6)---(24)]]>

其中，k₆＞0；

把式（24）代入式（23）得：

d.4選取李雅普諾夫函數(shù)對V₇求導(dǎo)得：

其中，g7=e1z6-f2x7+f3x3x4x5+x2x4-f4x5+f5x6-α.5,]]>再一次利用模糊邏輯系統(tǒng)逼近非線性函數(shù)g₆，使得：

z7g7=z7W7TS7+z7δ7≤12l72z72||W7||2S7TS7+12l72+12z72+12ϵ72---(27)]]>

將（27）代入（26）得：

取控制律u_qs為：

uds=1f1(-k7z7-12z7-12l72z7θ^S7TS7)---(29)]]>

其中，k₇＞0；

同時定義變量θ、J的估計誤差為選取李雅譜諾夫穩(wěn)定函數(shù)為:

V1=12z12V2=V1+12z22V3=V2+12z32V4=V3+12z42V5=V4+12z52V6=V5+12z62V7=V6+12z72V=V7+12r1θ~2+12r2J~2---(30)]]>

對V求導(dǎo)可得：

V.≤+Σj=n=17kjzn2+12ϵ32d2+12l32+12ϵ32+12l42+12ϵ42+12l62+12ϵ62+12l72+12ϵ72+J~r1(J^.+r1α.1z2)+θ~r2(θ^.-r22l32z32S3TS3-r22l42z42S4TS4-r22l62z62S6TS6-r22l72z72S7TS7)---(31)]]>

由上式可得相應(yīng)的自適應(yīng)率為：

J^.=-r1α.1z2-m1J^]]>

θ^.=r22l32z32S3TS3+r22l42z42S4TS4+r22l62z62S6TS6+r22l72z72S7TS7-m2θ^---(32)]]>

將（32）帶入（31）可得：

V.≤-Σj=n=17kjzn2+12ϵ22d2+12l32+12ϵ32+12l42+12ϵ42+12l62+12ϵ62+12l72+12ϵ72-m1r1J~J^-m2r2θ~θ^---(33)]]>

e、對建立的考慮鐵損的異步電機(jī)模糊反步控制器進(jìn)行穩(wěn)定性分析

對于-θ~θ^,-J~J^]]>有-θ~θ^≤-θ~(θ~+θ)≤-12θ~2+12θ2,-J~J^≤J~(J~+J)≤-12J~2+12J2;]]>將上述不等式帶入（33）可得：

V.≤-Σj=n=17kjzn2-m12r1J~2-m22r2θ~2+12ϵ22d2+12l32+12ϵ32+12l42+12ϵ42+12l62+12ϵ62+12l72+12ϵ72+m12r1J2+m22r2θ2≤-a0V+b---(34)]]>

其中，

a0=min{2k1,k2J,2k3,2k4,2k5,2k6,2k7,m1,m2,}b0=12ϵ22d2+12l32+12ϵ32+12l42+12ϵ42+12l62+12l72+12ϵ72+m12r1J2+m22r2θ2---(35)]]>

由式（34）容易得到，

V≤(V(t0)-b0a0)e-a0(t-t0)+b0a0≤V(t0)+b0a0,∀t≥t0.---(36)]]>

式（36）表明變量z_n和屬于緊集，n＝1,2,3：

Ω={(zn,θ~)|V≤V(t0)+b0a0,∀t≥t0}---(37)]]>

并顯然有：limt→∞z12≤2b0a0.]]>