[發(fā)明專利]一種感應(yīng)電機(jī)有限時(shí)間重復(fù)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010741603.2
• 申請(qǐng)日: 2020-07-29
• 公開（公告）號(hào): CN111884556B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹忠剛;羅嘉偉;杜超;劉靜;李德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/18
• 分類號(hào): H02P21/18;G05B13/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 韓玙

1.一種感應(yīng)電機(jī)有限時(shí)間重復(fù)控制方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1，在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下建立感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型；

步驟2，對(duì)所述數(shù)學(xué)模型解耦，獲得電磁轉(zhuǎn)矩方程，實(shí)現(xiàn)對(duì)感應(yīng)電機(jī)的解耦控制；

步驟3，根據(jù)有限時(shí)間控制理論設(shè)計(jì)感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的速度環(huán)有限時(shí)間控制器；

步驟4，設(shè)計(jì)感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的重復(fù)控制器；

步驟5，將所述速度環(huán)有限時(shí)間控制器和重復(fù)控制器結(jié)合設(shè)計(jì)，得到改進(jìn)型有限時(shí)間控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)感應(yīng)電機(jī)的準(zhǔn)確控制；

步驟1中，所述感應(yīng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型具體如下：

磁鏈方程式：

電壓方程式：

式(1)、(2)中，d、q為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系；u_sd、u_sq為定子電壓d、q軸分量；u_rd、u_rq為轉(zhuǎn)子電壓d、q軸分量；i_sd、i_sq為定子電流d、q軸分量；i_rd、i_rq為轉(zhuǎn)子電流d、q軸分量；ψ_sd、ψ_sq為定子磁鏈d、q軸分量；ψ_rd、ψ_rq為轉(zhuǎn)子磁鏈d、q軸分量；p為微分算子；R_s、R_r為定、轉(zhuǎn)子電阻；L_m、L_s、L_r為電機(jī)的互感、定子電感和轉(zhuǎn)子電感；ω_r為同步速；

步驟2中，所述電磁轉(zhuǎn)矩方程具體如下：

式(3)中，ω_s為轉(zhuǎn)差；L_m為電機(jī)的互感；i_sd、i_sq為定子電流d、q軸分量；L_r為轉(zhuǎn)子電感；T_e為電磁轉(zhuǎn)矩；ψ_rd為轉(zhuǎn)子磁鏈d軸分量；n_p為極對(duì)數(shù)；

其中，定子電流和轉(zhuǎn)子磁鏈的關(guān)聯(lián)表達(dá)式具體為：

式(4)中，T_r為轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)；

感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程具體如下：

式(5)中，T_e為電磁轉(zhuǎn)矩；T_l為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；J為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；n_p為極對(duì)數(shù)；為電機(jī)轉(zhuǎn)速的微分；

步驟3中，所述有限時(shí)間具體為：

式(6)中，x是函數(shù)f(x)的自變量，Rⁿ表示n維實(shí)數(shù)集，即(x₁,x₂,...,x_n)構(gòu)成Rⁿ，每個(gè)元素是n維向量,向量中的每個(gè)分量是實(shí)數(shù)，f:U→Rⁿ為開區(qū)域U上對(duì)x連續(xù)的函數(shù)，且U包含原點(diǎn)；U包含原點(diǎn)且在原點(diǎn)處函數(shù)值為0；當(dāng)感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)速度環(huán)一階狀態(tài)方程的解為x＝0時(shí)，矢量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定且為有限時(shí)間收斂；

所述感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的速度環(huán)控制器的設(shè)計(jì)過程如下：

定義給定速度ω^*和反饋實(shí)際速度ω的誤差狀態(tài)：

e＝ω^*-ω (7)，

式(7)中，e為速度誤差；ω^*為給定轉(zhuǎn)速；ω為實(shí)際轉(zhuǎn)速；

將所述公式(3)和公式(5)聯(lián)立微分后，得到速度誤差系統(tǒng)的一階狀態(tài)方程：

式(8)中，為轉(zhuǎn)矩系數(shù)；J為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；T_L為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；為給定轉(zhuǎn)矩電流；

通過公式(3)、公式(5)和公式(8)設(shè)計(jì)得到速度環(huán)有限時(shí)間控制器，具體如下：

式(9)中，為轉(zhuǎn)矩系數(shù)；k為控制增益，且k0；α為分?jǐn)?shù)指數(shù)冪，0α1；

步驟4具體為，根據(jù)內(nèi)模原理設(shè)計(jì)感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的重復(fù)控制器；

感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)的穩(wěn)定閉環(huán)系統(tǒng)中輸出轉(zhuǎn)速y(t)，輸入?yún)⒖冀o定轉(zhuǎn)速r(t)；e為速度偏差信號(hào)，e^-sT為延時(shí)環(huán)節(jié)，P(s)為被控對(duì)象電機(jī)；內(nèi)模將外部信號(hào)進(jìn)行植入，來提供與輸入信號(hào)相同的控制信號(hào)；

在頻域下，感應(yīng)電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中的速度參考信號(hào)r(t)的拉式變換為：

r(t)＝L^-1[R(s)] (10)，

式(10)中，R(s)為時(shí)域內(nèi)的輸入信號(hào)r(t)在頻域內(nèi)對(duì)應(yīng)的拉氏變換；s為復(fù)頻域變量；t為時(shí)域變量；

通過重復(fù)控制的系統(tǒng)獲得重復(fù)控制器，具體如下：

式(11)中，e^-sT為延時(shí)環(huán)節(jié)，M_IC(s)為重復(fù)控制器的表達(dá)式，T為延時(shí)環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種感應(yīng)電機(jī)有限時(shí)間重復(fù)控制方法，其特征在于，步驟5中，對(duì)公式(9)和公式(11)進(jìn)行歸一化處理，得到改進(jìn)型感應(yīng)電機(jī)有限時(shí)間控制器，具體如下：

式(12)中，為有限時(shí)間控制器輸出的轉(zhuǎn)矩電流；為重復(fù)控制器輸出的轉(zhuǎn)矩電流；為轉(zhuǎn)矩系數(shù)；T_L為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；k為控制增益，且k0；α為分?jǐn)?shù)指數(shù)冪，0α1，e^-sT為延時(shí)環(huán)節(jié)。