[發明專利]基于免疫算法的異步電機滑模觀測器轉速估計方法

有效

• 申請號: 201510112101.2
• 申請日: 2015-03-13
• 公開（公告）號: CN104753426B
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 伍文俊;趙有乾;尹忠剛;鐘彥儒
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H02P21/05
• 分類號: H02P21/05;H02P21/18;H02P21/13
• 代理公司: 西安弘理專利事務所61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明屬于異步電機控制技術領域，具體涉及一種基于免疫算法的異步電機滑模觀測器轉速估計方法。

背景技術

在現代電機控制技術領域，異步電機矢量控制技術獲得了廣泛應用。由于速度傳感器的使用破壞了異步電機結構簡單、可靠、成本低、維護方便的優勢，也限制了其應用范圍，降低了系統的魯棒性，因此，無速度傳感器控制不僅成為了現代交流傳動控制技術的一個重要研究方向，同時也是研究高性能通用變頻器的關鍵技術。目前，研究人員已提出了很多種實現方法，如Luenberger觀測器方法，模型參考自適應方法，卡爾曼濾波器方法，神經網絡，滑模觀測器等。其中滑模觀測器因對系統精確、數學模型要求較低，對系統參數攝動及外部擾動具有較強的魯棒性，成為當前研究的熱點。

滑模觀測器對電機的參數有著很好的魯棒性，在很寬調速范圍內也擁有良好的動態性能，具有很好的應用前景。然而普通滑模系統在跟蹤指令信號時，如果遇到擾動，穩態誤差會變大，以至于達不到要求，雖然可以做到把系統穩態誤差無窮地趨向于零，但是在實際應用中，這個穩態誤差的存在會造成諸如抖振加重等許多問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于免疫算法的異步電機滑模觀測器轉速估計方法，解決了現有技術中存在的穩態誤差造成抖振的問題，提高了對系統參數和外部干擾的魯棒性。

本發明所采用的技術方案是，基于免疫算法的異步電機滑模觀測器轉速估計方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、通過異步電機定子電流方程和轉子磁鏈方程建立異步電機數學模型；

步驟2、根據步驟1中建立的異步電機數學模型選取滑模函數；

步驟3、通過步驟2中得到的滑模函數估計異步電機轉速。

本發明的特點還在于，

步驟1、通過異步電機定子電流方程和轉子磁鏈方程建立異步電機數學模型：

其中，L_r、L_s、L_m分別為轉子電感、定子電感和定子和轉子之間的互感，R_r、R_s分別為轉子電阻和定子電阻，ω_r為異步電機電角速度，u_sα、u_sβ分別為定子電壓在α、β軸上的分量，i_sα、i_sβ分別為定子電流在α、β軸上的分量，ψ_rα、ψ_rβ分別為轉子磁鏈在α、β軸上的分量，σ為總漏感系數；

將公式(1)、(2)的數學模型轉化為矩陣形式，如公式(3)、(4)：

其中：k₁＝k₃L_m/L_r，k₂＝R_s/σL_s，k₃＝1/σL_s，σ＝1-L_m²/L_sL_r，ρ＝R_r/L_r。

步驟2選取滑模函數的具體步驟為：

將公式(3)、公式(4)中相同的矩陣項用相同的滑模函數替換為：

其中，分別為定子電流在α、β軸上的分量的估計值，分別為轉子磁鏈在α、β軸上的分量的估計值，

選取滑模函數為

其中，滑模變量分別為γ_o為滑模系數，a表示常數，

滑模系數通過在線學習的免疫算法獲得，具體過程為：

免疫應答原理中，第k代的抗原數量為e(k)，由抗原刺激而產生的Th細胞的濃度為N_Th(k)，抑制性Ts細胞濃度為N_Ts(k)，則B細胞所接受到的刺激u(k)為：

u(k)＝N_Th(k)-N_Ts(k)(9)

其中，

N_Th(k)＝τ₁e(k)(10)

N_Ts(k)＝τ₂g[Δu(k)]e(k)(11)

則u(k)＝τ₁e(k)-τ₂g[Δu(k)]e(k)＝ηe(k)(12)