[發明專利]一種基于有限時間動態面的異步電動機位置跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201910498546.7
• 申請日: 2019-06-10
• 公開（公告）號: CN110112971B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 于金鵬;馬玉梅;劉占杰;羅慧娟;付程;王博;張國斌;趙林
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/18
• 代理公司: 青島錦佳專利代理事務所(普通合伙) 37283
• 代理人: 朱玉建

本發明公開了一種基于有限時間動態面的異步電動機位置跟蹤控制方法。該控制方法針對異步電動機中存在的鐵損和輸入飽和問題，在傳統的反步法中引入動態面技術，成功地克服了在傳統反步控制中由于連續求導所引起的“計算爆炸”問題；本發明方法利用模糊邏輯系統逼近電機驅動系統中的非線性函數，將動態面技術與有限時間結合起來構造控制器；通過本發明方法調節后，輸出信號可以在有限時間內跟蹤期望信號，仿真結果表明本發明方法能夠加快響應速度，提高抗干擾能力，減少跟蹤誤差，實現理想的跟蹤效果。

技術領域

本發明屬于異步電動機位置跟蹤控制技術領域，尤其涉及一種基于有限時間動態面的異步電動機位置跟蹤控制方法。

背景技術

異步電動機又稱為感應電動機，它是一種由定子繞組之后形成的旋轉磁場與轉子繞組中感應電流的磁場互相發生物理作用之后產生電磁轉矩驅動帶動轉子旋轉的一種電動機類型，它是一種交流電動機，其功率范圍從幾瓦到上萬千瓦，是在我國各行各業和人民日常生活中應用最廣泛的電動機，為多種機械設備和家用電器提供動力。例如機床、風機、水泵、冶金、輕工業機械、中小型軋鋼設備和礦山機械等，基本都采用三相異步電動機進行拖動；洗衣機、電風扇、電冰箱、空調器等家用電器則大都采用單向異步電動機。異步電動機得到了廣泛的應用，主要歸功于其運行可靠，結構簡單、價格低廉和較好的工作特性等優點。然而由于異步電動機的驅動系統具有多變量、強耦合、非線性等特點，并且在運行過程中容易受到負載擾動，輸入飽和，鐵損問題以及不確定參數等的影響，使得如何對異步電動機進行精確有效的控制并且提出先進的控制策略變得尤為重要。目前，研究者們提出了許多關于非線性系統的控制方法，例如滑模控制、直接轉矩控制、哈密頓控制和反步控制等。反步法就是用虛擬控制變量來簡化原始的高階系統，最終的輸出結果可以通過Lyapunov方程來表示，自適應反步控制方法將復雜的非線性系統分解成多個簡單的低階子系統，通過引入虛擬控制變量來逐步進行控制器設計，最終確定控制律以及參數自適應律，實現對系統的有效控制。動態面技術能夠有效處理傳統反步技術中對虛擬控制變量反復求導而產生的“計算爆炸”問題，而結合有限時間控制技術能將跟蹤信號的漸進收斂改善為有限時間收斂并且能夠加快系統的響應速度和收斂速度，因此結合動態面和有限時間控制技術具有更好的跟蹤效果。輸入飽和問題主要指在工程系統中的執行器受到不平滑以及非線性條件的限制，可能會嚴重影響系統的控制性能，并且導致控制系統的不穩定性。而鐵損問題主要是指當異步電動機長期處于輕負載的工作狀態時，系統將會產生大量的鐵芯損耗，對整個控制系統產生不利的影響，因此異步電動機的位置控制過程中不僅需要考慮鐵損帶來的影響，還需考慮輸入電壓飽和。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于有限時間動態面的異步電動機位置跟蹤控制方法，該控制方法在考慮鐵損和輸入飽和的情況下，通過利用動態面技術解決傳統反步法的“計算爆炸”問題，同時結合有限時間技術，從而實現對異步電動機位置的高效跟蹤控制。

本發明為了實現上述目的，采用如下技術方案：

一種基于有限時間動態面的異步電動機位置跟蹤控制方法，包括如下步驟：

a建立考慮d-q軸上鐵損的異步電動機的動態數學模型

其中，θ表示轉子位置，ω_r表示轉子角速度，T_L表示負載轉矩，J和ψ_d分別代表轉動慣量和轉子磁鏈；n_p表示極對數，i_dm和i_qm表示d-q軸勵磁電流；

i_ds和i_qs表示d-q軸電流；R_r和R_s分別表示轉子電阻和定子電阻；L_1s和L_1r分別表示定子電感和轉子電感；R_fe表示鐵損電阻；u_d和u_q表示d-q軸電壓；L_m表示互感；