[發明專利]一種多電機總量協同有限時間抗飽和控制方法

有效

• 申請號: 202011086853.3
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112398369B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 張昌凡;張乾;何靜;劉建華
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: H02P6/04
• 分類號: H02P6/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 楊千尋;馮振寧

本發明提供了一種多電機總量協同有限時間抗飽和控制方法，包括以下步驟：S1、依據總量一致的理論和永磁同步電機旋轉坐標系下的方程推導出電機的狀態方程；S2、根據S1中電機狀態方程的參數，設計了有限時間收斂的輔助抗飽和系統；S3、根據S1中電機狀態方程和總量一致的理論，構造了誤差動力學方程，S4、根據S2中有限時間收斂的輔助抗飽和系統和S3中誤差動力學方程，基于非奇異終端滑模設計總量協同有限時間控制器，并簡化了加冪積分參數；S5、根據加冪積分技術和有限時間李雅普諾夫穩定定理完成總量協同有限時間控制器的穩定性證明并且求得有限時間上界。本發明削弱了輸入飽和對整體牽引性能的影響，為實際工程利用提供了便利。

技術領域

本發明涉及多電機牽引系統領域，更具體地，涉及一種多電機總量協同有限時間抗飽和控制方法。

背景技術

多永磁同步電機共同提供動力是電力機車常見的驅動方式。機車復雜多變的運行環境常常引起一個或多個電機牽引性能的損失。經典的控制是運用同步控制或一致性算法，實現系統中個體狀態(如速度、位置等)的同步。而近幾年為了保證機車整體牽引性能，總量一致的理論在多電機牽引系統中被提出，即實現各電機輸出轉矩之和與總牽引特性曲線的一致。但以上所提出的控制率大多只能達到漸近穩定的結果，而有限時間控制則收斂更快，精度更高和魯棒性更強。結合加冪積分終端滑模技術，保證了控制器的連續與非奇異，又可嚴格求取有限時間上界。但加冪積分技術由于其在證明過程中大量使用了不等式放縮，導致其參數的強約束。因此，針對加冪積分參數簡化方面進行研究，并保證系統全局有限時間穩定，就可有效增強控制策略的工程實用性。

同時，考慮工程中各電機的參數攝動和負載轉矩擾動，構建了基于滑模變結構的牽引轉矩控制，以提高各電機的動態響應性能。但其較大的滑模切換增益和加冪積分中參數的約束，極易導致控制輸入飽和問題。飽和問題是一個非線性問題，會影響系統的動態性能，致使系統不穩定，甚至造成器件的損壞。目前針對輸入飽和問題的研究非常廣泛：利用數學上相關函數處理飽和；設計靜態或動態抗飽和補償器削弱飽和影響；將飽和約束轉化為帶有線性矩陣不等式約束的優化問題等等。針對復雜的多電機牽引系統，滑模切換增益及加冪積分參數的強約束均易引起控制輸入飽和問題，尤其在基于總量一致的理論中，多電機的輸入飽和問題更加突出，更加復雜。因此，結合先進的抗飽和技術，解決復雜多電機系統中的飽和問題就極具有工程意義。

發明內容

本發明針對現有技術中復雜的多電機牽引系統，特別是基于總量一致下的輸入飽和問題，提供一種多電機總量協同有限時間抗飽和控制方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種多電機總量協同有限時間抗飽和控制方法，包括以下步驟：

S1、依據總量一致的理論以及永磁同步電機旋轉坐標系下的方程，考慮實際中電阻、電感變化引起的參數攝動及負載轉矩擾動，推導出電機的狀態方程；

S2、根據電機狀態方程的參數，設計有限時間收斂的輔助抗飽和系統；

S3、根據S1中電機狀態方程和總量一致的理論，構造了誤差動力學方程；

S4、根據S2中有限時間收斂的輔助抗飽和系統和S3中所述誤差動力學方程，基于非奇異終端滑模設計總量協同有限時間控制器，并簡化了加冪積分參數；

總量協同有限時間控制器為：

其中，抗飽和系數c_2j＞0，滑模參數K_j≥α₁^1/q-2D_j，加冪積分參數簡化為α₁＞0，α₂＞0。

S5、根據加冪積分技術和有限時間李雅普諾夫穩定定理完成總量協同有限時間控制器的穩定性證明并且求得有限時間上界。

進一步地，在步驟S1中電機的狀態方程為：