[發(fā)明專利]帶死區(qū)的直流電機(jī)系統(tǒng)的自適應(yīng)全狀態(tài)約束控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711012615.6
• 申請(qǐng)日: 2017-10-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107807525A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王占山;劉磊;高浩源;柳義鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司21109
• 代理人: 梁焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及直流電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶死區(qū)的直流電機(jī)系統(tǒng)的自適應(yīng)全狀 態(tài)約束控制方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，電力電子技術(shù)、磁性材料技術(shù)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理器、 智能控制器及控制理論的發(fā)展，促使直流電機(jī)成了現(xiàn)今研究的重點(diǎn)方向，同時(shí)，直流電機(jī)由 于具有效率高，控制簡(jiǎn)單，低維護(hù)等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代控制理論的 發(fā)展，精確控制在工程系統(tǒng)中的應(yīng)用變得越來(lái)越普遍。然而，對(duì)于很多工程系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于 死區(qū)、摩擦力以及安裝間隙的存在，精確控制受到極大制約。上世紀(jì)50年代，直流伺服系統(tǒng) 開(kāi)始廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。然而，由于直流電機(jī)本身的諸多缺點(diǎn)，如換向器和電刷易磨損， 離轉(zhuǎn)速限制，加工制造復(fù)雜等等，其性能往往受限于死區(qū)，這是一個(gè)重要的非線性輸入現(xiàn)象， 大大限制了直流伺服系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。

直流電機(jī)控制是系統(tǒng)正常運(yùn)行的核心，其控制技術(shù)是直流電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一，與直流 電機(jī)的其他部分關(guān)系密切，其精確的控制、完善的功能將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的安全與效率。 在直流電機(jī)系統(tǒng)中，死區(qū)的存在使得實(shí)際輸出電壓和給定電壓之間存在著偏差，引起了負(fù)載 相電流的畸變，電壓的轉(zhuǎn)矩也因此而產(chǎn)生波動(dòng)，甚至影響到電機(jī)的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種帶死區(qū)的直流電機(jī)系統(tǒng) 的自適應(yīng)全狀態(tài)約束控制方法，采用狀態(tài)反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制器，能基于死區(qū)輸入，提高了直流 電機(jī)機(jī)組的整體性能及系統(tǒng)的控制精度，保證功率輸出的穩(wěn)定性。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種帶死區(qū)的直流電機(jī)系統(tǒng)的自適應(yīng)全狀態(tài)約束控制方法，包括以下步驟：

步驟1：建立帶有無(wú)振動(dòng)模式的直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型，如公式(1)所示；

其中，α₁(t)是電機(jī)的角位置；J是已知的慣性，f和T_f分別是粘性摩擦和非線性摩擦； d(t)是未知干擾，滿足||d(t)||≤d_M，d_M是d(t)上界；T是電機(jī)轉(zhuǎn)矩，與非對(duì)稱死區(qū)的控制輸 入有關(guān)；y∈R為輸出；

步驟2：考慮直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型中存在非線性輸入現(xiàn)象，即存在死區(qū)，建立非線性 輸入模型，即死區(qū)模型，如公式(2)所示：

其中，u(t)為非對(duì)稱死區(qū)的控制輸入；m_r(t)和m_l(t)分別表示死區(qū)特性曲線的左斜率和右斜 率，b_r(t)和b_l(t)表示輸入非線性的斷點(diǎn)，m_r(t)、m_l(t)、b_r(t)和b_l(t)都是正實(shí)數(shù)；

步驟3：設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制器，如公式(20)所示，使得直流電機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)跟蹤 誤差趨近于零，同時(shí)，在該控制器閉環(huán)中的所有信號(hào)都是有界的；

其中，u＝u(t)，m＝m(t)；k₂是設(shè)計(jì)參數(shù)，e₁、e₂為跟蹤誤差，e₁＝α₁-y_d，e₂＝α₂-η₁； y_d(t)為系統(tǒng)輸出的參考軌跡，y_d(t)對(duì)時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)及二階導(dǎo)數(shù)是有界的，Y₁和Y₂是常數(shù)，參考軌跡的范圍是為y_d和是已知的常數(shù)；表 示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重W^*的估計(jì)；S(z)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基函數(shù)；η₁為虛擬控制， k₁是正的常數(shù)；λ₁是一個(gè)正的常數(shù)，和λ₃＝(1-|y_d|)²是代表在e₁的狀態(tài)空間中約束的正的常數(shù)；λ₄是設(shè)計(jì)參數(shù)； q＝q(e₁)，為一個(gè)符號(hào)函數(shù)，q(·)：R→{0，1}被描述為

步驟4：在運(yùn)行的直流電機(jī)系統(tǒng)中，用正交解碼芯片的光學(xué)編碼器進(jìn)行角位置測(cè)量，接 入式(20)所示的狀態(tài)反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制器。

所述步驟3狀態(tài)反饋?zhàn)赃m應(yīng)控制器的具體設(shè)計(jì)方法如下：