[發(fā)明專(zhuān)利]基于觀測(cè)器的異步電機(jī)命令濾波誤差補(bǔ)償模糊控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611074985.8
• 申請(qǐng)日: 2016-11-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106788052A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于金鵬;馬玉梅;于海生;山炳強(qiáng);牛浩;劉瑩瑩
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 青島大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P21/13
• 分類(lèi)號(hào): H02P21/13;H02P21/18
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專(zhuān)利代理有限公司37252
• 代理人: 陳海濱

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于觀測(cè)器的異步電機(jī)命令濾波誤差補(bǔ)償模糊控制方法。該方法針對(duì)異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)中存在的非線性問(wèn)題，在傳統(tǒng)的反步設(shè)計(jì)方法中引入命令濾波技術(shù)，同時(shí)通過(guò)誤差補(bǔ)償機(jī)制，減小了濾波產(chǎn)生的誤差，從而提高了控制精度，并成功地克服了在傳統(tǒng)反步控制中由于連續(xù)求導(dǎo)所引起的“計(jì)算爆炸”問(wèn)題；本發(fā)明方法通過(guò)降維觀測(cè)器來(lái)估算異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子角速度，同時(shí)利用模糊邏輯系統(tǒng)逼近電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的非線性函數(shù)，將命令濾波反步技術(shù)與自適應(yīng)方法結(jié)合起來(lái)構(gòu)造控制器；通過(guò)本發(fā)明方法調(diào)節(jié)后，電機(jī)運(yùn)行能快速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，仿真結(jié)果表明本發(fā)明方法能夠克服參數(shù)不準(zhǔn)確的影響并且利于保證理想的控制效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的快速、穩(wěn)定地響應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于異步電機(jī)位置跟蹤控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于觀測(cè)器的異步電機(jī)命令濾波誤差補(bǔ)償模糊控制方法。

背景技術(shù)

異步電機(jī)(induction motors,IMs)是一種交流電機(jī)，也叫感應(yīng)電機(jī)，主要作電動(dòng)機(jī)使用。異步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，例如機(jī)床、水泵、冶金、礦山設(shè)備與輕工業(yè)機(jī)械等都用它作為原動(dòng)機(jī)，其容量從幾千瓦到幾千千瓦。日益普及的家用電器，例如在洗衣機(jī)、風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器中采用單向異步電動(dòng)機(jī)，其容量從幾瓦到幾千瓦。在航天、計(jì)算機(jī)等高科技領(lǐng)域。異步電機(jī)也可以作為發(fā)電機(jī)使用，例如小水電站、風(fēng)力發(fā)電機(jī)也可采用異步電機(jī)。異步電機(jī)之所以得到廣泛應(yīng)用，主要由于它有如下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、制造容易、價(jià)格低廉、堅(jiān)固耐用，而且有較高的效率和相當(dāng)好的工作特性。

然而由于異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型具有高度非線性、強(qiáng)耦合、多變量等特點(diǎn)，同時(shí)易受電機(jī)參數(shù)變化及外部負(fù)載擾動(dòng)等不確定因素的影響，因此，要實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的高性能控制是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的課題。近些年來(lái)，非線性控制方法的研究取得了巨大的進(jìn)展，如滑模控制、動(dòng)態(tài)面控制、哈密頓控制、反步法控制和其它的一些控制方法。而經(jīng)典控制需要使用傳感器直接測(cè)量系統(tǒng)的狀態(tài)變量信息,但是傳感器的應(yīng)用仍然存在許多問(wèn)題，如成本高、可靠性低以及由于振動(dòng)造成的性能下降問(wèn)題。另一方面，自適應(yīng)反步法因其能夠有效地克服參數(shù)時(shí)變和負(fù)載擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響而得到廣泛重視與應(yīng)用。反步法是一種控制具有不確定性、非線性的系統(tǒng)，尤其是那些不滿(mǎn)足給定條件的系統(tǒng)的方法。反步法最大的優(yōu)點(diǎn)是可以用虛擬控制變量簡(jiǎn)化原始的高階系統(tǒng)，從而最終的輸出結(jié)果可以通過(guò)合適的Lyapunov方程來(lái)自動(dòng)的得到。自適應(yīng)反步控制方法將復(fù)雜的非線性系統(tǒng)分解成多個(gè)簡(jiǎn)單低階的子系統(tǒng)，通過(guò)引入虛擬控制變量來(lái)逐步進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，最終確定控制律以及參數(shù)自適應(yīng)律，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的有效控制。然而，傳統(tǒng)反步控制中對(duì)虛擬控制函數(shù)進(jìn)行連續(xù)求導(dǎo)，容易引起“計(jì)算爆炸”問(wèn)題。此外，模糊邏輯系統(tǒng)在處理未知非線性函數(shù)方面的能力引起了國(guó)內(nèi)外控制界的廣泛關(guān)注，并用于具有高度非線性和不確定性的復(fù)雜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種基于觀測(cè)器的異步電機(jī)命令濾波誤差補(bǔ)償模糊控制方法，該方法通過(guò)降維觀測(cè)器估算異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子角速度；通過(guò)命令濾波技術(shù)克服“計(jì)算爆炸”問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)引入誤差補(bǔ)償機(jī)制來(lái)減小命令濾波產(chǎn)生的誤差，提高控制精度；利用模糊邏輯系統(tǒng)逼近異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中未知的非線性函數(shù)，并結(jié)合反步法構(gòu)造自適應(yīng)位置跟蹤控制器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電機(jī)位置的高效跟蹤控制。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

基于觀測(cè)器的異步電機(jī)命令濾波誤差補(bǔ)償模糊控制方法，包括如下步驟：

a建立異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型：