[發明專利]分數階復合控制方法和永磁同步電動機速度伺服系統

有效

• 申請號: 202110007791.0
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112783099B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 鄭偉佳;李欣;黃潤權;林梅金
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 葉潔勇

1.一種分數階復合控制方法，其特征在于:包括：

步驟1、使用擴張狀態觀測器對永磁同步電動機的q軸電流環路進行前饋補償；

步驟2、分數階比例微分控制器通過基于差分進化的優化方法對永磁同步電動機速度伺服系統進行階次整定；

所述分數階比例微分控制器通過基于差分進化的優化方法進行階次整定包括：分數階比例微分控制器滿足：

C(s)＝K_p(1+K_ds^μ)；

其中，K_p和K_d分別是比例增益和微分增益，μ是從0到2的導數階，考慮到穿越頻率ω_c和相角裕度作為設計規格，開環傳遞函數在穿越頻率ω_c處的幅值特性和相角特性滿足下式：

|C(jω_c)P(jω_c)|＝1，

其中，Arg|P(jω_c)|表示永磁同步電動機在各個階段的相位，所述Arg|C(jω_c)|表示分數階比例微分控制器在ω_c的相位；

為了獲得良好的階躍響應性能，采用基于差分進化的優化方法來搜索導數階μ，為了量化永磁同步電動機速度伺服系統的跟蹤性能，將損失函數定義為：

其中，ε(t)是永磁同步電動機的參考速度與實際速度之間的偏差，u₀(t)是速度控制器的輸出，k₁和k₂是權重值常數；

所述分數階比例微分控制器通過基于差分進化的優化方法對永磁同步電動機速度伺服系統進行階次整定包括：

步驟1、初始化：隨機選擇N個μ值來構建總體，然后根據設計規范計算每個個體的分數階比例微分控制器；

步驟2、突變：根據突變率隨機選擇幾個體作為目標對象，應用了自適應突變率，第m次迭代中的突變率P_m定義為：

P_m＝P0·2^γ,

其中，P₀是初始突變率，m_s是迭代次數的上限，選擇目標個體后，就會生成一個突變的個體，獲得了突變個體的分數階比例微分控制器；

步驟3、階躍響應仿真：使用每個個體的分數階比例微分控制器來控制永磁同步電動機的速度，執行階躍響應仿真；

步驟4、選擇：在突變個體和目標個體之間進行選擇，適應性強的個體被選入群，給出閾值δ以檢查終止條件：如果最近10次迭代中總體平均適應度的變化小于δ，或者迭代次數達到上限，則優化將終止，具有最大適應性的個體將被視為最佳個體，得到最終的分數階比例微分控制器。

2.根據權利要求1所述的一種分數階復合控制方法，其特征在于:步驟1中，所述使用擴張狀態觀測器對永磁同步電動機的q軸電流環路進行前饋補償，包括：擴張狀態觀測器滿足：

其中，b₀是q軸電子電流環參數，i_q是q軸定子電流，i_qr是q軸電子電流給定值，u₀是分數階比例微分控制器輸出信號，β₁＝2ω₀，β₂＝ω₀²，其中，ω₀表示擴張狀態觀測器的帶寬。