[發明專利]一種提高無刷直流電機抗擾能力的復合控制方法

有效

• 申請號: 202011574406.2
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112688599B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 周蘭;姜福喜;張鑄
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P6/34;H02P23/00;H02P23/12;H02P23/14
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清

1.一種提高無刷直流電機抗擾能力的復合控制方法，其特征在于，步驟包括：

步驟S1：構建無刷直流電機狀態方程，將參數攝動和外負載干擾歸納為總擾動，并建立無刷直流電機伺服系統狀態空間模型；

步驟S2：將所述總擾動作為擴展狀態變量，通過分離系統可測狀態與不可測狀態，重建系統等價狀態空間模型；

步驟S3：構造降階擴張狀態觀測器，在線估計總擾動和系統不可測狀態；

步驟S4：利用上述降階擴張狀態觀測器的估計值和系統可測狀態，設計基于擾動動態補償的反步控制器，抑制擾動對系統輸出的影響；

所述步驟S1中，所述無刷直流電機伺服系統狀態空間模型的建立步驟如下：

步驟S101：假設反電動勢波形為平頂寬度為120電角度的梯形波，驅動電路的功率器件為理想開關，三相繞組完全對稱，則無刷直流電機三相繞組的電壓平衡方程為：

其中，u_a(t)、u_b(t)、u_c(t)為定子繞組相電壓，i_a(t)、i_b(t)、i_c(t)為定子繞組相電流，R為各相繞組電阻，L_s為各相繞組電感，e_a(t)、e_b(t)、e_c(t)為各相繞組反電動勢；

電磁轉矩方程為：

式中，T_e(t)為電磁轉矩，ω(t)為電機轉子的角速度；

轉矩平衡方程為：

式中，M_c(t)為外負載轉矩，J為電機轉子和負載的總轉動慣量；

步驟S102：電壓平衡方程進一步表示為：

式中，u(t)為加在兩相導通繞組上的電壓，i(t)為電樞電流，ε(t)為導通相繞組的反電動勢；

電磁轉矩方程進一步表示為：

當反電動勢為梯形波時，導通相繞組的反電動勢計算公式為：

ε(t)＝k_epω(t)

式中，k_e是反電動勢系數，p是電機極對數；

由電壓平衡方程和轉矩平衡方程建立無刷直流電機伺服系統狀態方程：

步驟S103：對轉速子系統和電流子系統的微分方程表達式分別進行Laplace變換和Laplace反變換得到：

假設上式存在如下參數不確定性：

其中，R₀、L₀和J₀分別表示相電阻、相電感和轉動慣量的標稱值，R₀△R、L₀△L和J₀△J分別表示相電阻、相電感和轉動慣量的攝動量；

在考慮參數攝動后，將進一步表示為：

式中，控制輸入增益f_total(t)為包含參數不確定性和外負載干擾的“總擾動”，其具體表達式為：

步驟S104：首先取x₁(t)＝ω(t)，然后定義狀態變量x_p(t)＝[x₁(t)x₂(t)]^T，控制輸入為u(t)，系統輸出為y_p(t)＝ω(t)，建立無刷直流電機伺服系統狀態空間模型：

其中系數矩陣：

顯然，(A_p,B_u)能控。

2.根據權利要求1所述的提高無刷直流電機抗擾能力的復合控制方法，其特征在于，所述步驟S1中，由電壓平衡方程和轉矩平衡方程推導出無刷直流電機伺服系統狀態空間模型。

3.根據權利要求1所述的提高無刷直流電機抗擾能力的復合控制方法，其特征在于，所述步驟S4中，根據Lyapunov穩定性理論設計基于擾動動態補償的反步控制器。