[發(fā)明專利]分數(shù)階復(fù)合控制方法和永磁同步電動機速度伺服系統(tǒng)有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110007791.0 | 申請日： | 2021-01-05 |
| 公開（公告）號： | CN112783099B | 公開（公告）日： | 2022-04-26 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 鄭偉佳;李欣;黃潤權(quán);林梅金 | 申請（專利權(quán)）人： | 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 |
| 主分類號： | G05B19/414 | 分類號： | G05B19/414 |
| 代理公司： | 廣州嘉權(quán)專利商標事務(wù)所有限公司 44205 | 代理人： | 葉潔勇 |
| 地址： | 528000 廣東*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 分數(shù) 復(fù)合 控制 方法 永磁 同步電動機 速度 伺服系統(tǒng) | ||
本發(fā)明公開一種分數(shù)階復(fù)合控制方法和永磁同步電動機速度伺服系統(tǒng)。方法包括：步驟1、使用擴張狀態(tài)觀測器對永磁同步電動機的q軸電流環(huán)路進行前饋補償；步驟2、分數(shù)階比例微分控制器通過基于差分進化的優(yōu)化方法對永磁同步電動機速度伺服系統(tǒng)進行階次整定。系統(tǒng)包括：擴張狀態(tài)觀測器和分數(shù)階比例微分控制器；本發(fā)明滿足實際應(yīng)用中的跟蹤性能和抗干擾性能要求。提高了整個永磁同步電動機速度伺服系統(tǒng)的階躍響應(yīng)性能。本發(fā)明主要用于電機控制技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電機控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種分數(shù)階復(fù)合控制方法和永磁同步電動機速度伺服系統(tǒng)。
背景技術(shù)
現(xiàn)代控制理論雖然提出了許多性能卓越的控制算法與設(shè)計方法以及分析工具，然而，現(xiàn)代控制理論所設(shè)計的控制器往往高度依賴于所建模型的精度。而在實際工程中，精確的模型參數(shù)較難獲得，甚至于所建立的數(shù)學(xué)模型也未必能夠真實反映被控對象的所有特性。因此，其實際控制性能往往不如理論設(shè)計的那么優(yōu)越。相對的，經(jīng)典PID控制理論則不依賴于被控對象模型，僅僅依靠誤差對被控對象進行反饋控制。但其控制器往往只適用于線性對象，當被控對象呈現(xiàn)出強耦合，非線性特性時，基于PID經(jīng)典控制理論所設(shè)計的控制器性能容易出現(xiàn)不如人意的情況。
自抗擾控制算法是針對PID控制算法的不足，提出的一種非線性控制算法。其吸取了PID控制算法“基于誤差來消除誤差”的控制思想，在PID控制算法基本思想的基礎(chǔ)上，增加了以下環(huán)節(jié)：1)過渡過程，2)非線性反饋控制律，3)擴張狀態(tài)觀測器，4)更合理的微分信號生成器。
自抗擾控制(ADRC)方法是一種常用的復(fù)合控制方法。根據(jù)ADRC方案，系統(tǒng)的不確定性和擾動被視為集總擾動，并由擴張狀態(tài)觀測器(ESO)估計。復(fù)合控制策略采用反饋控制器和前饋補償?shù)姆蛛x設(shè)計，可以同時保證控制系統(tǒng)良好的跟蹤性能和干擾抑制性能。
分數(shù)階PID(FOPID)控制器是通過將PID(IOPID)控制器的積分和微分階數(shù)從1擴展為實數(shù)而得出的。與IOPID控制器相比，F(xiàn)OPID控制器具有實現(xiàn)控制系統(tǒng)更好性能的潛力。但是，由于引入積分階次和微分階次μ這兩個額外的自由度，因此FOPID控制器的調(diào)整更加復(fù)雜。
傳統(tǒng)的PID控制器難以使PMSM伺服系統(tǒng)獲得很好的階躍響應(yīng)動態(tài)性能和抗擾性能。分數(shù)階PID控制器有望使系統(tǒng)獲得良好的動態(tài)性能，但參數(shù)整定較為復(fù)雜。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種分數(shù)階復(fù)合控制方法和永磁同步電動機速度伺服系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的一個或多個技術(shù)問題，至少提供一種有益的選擇或創(chuàng)造條件。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題的解決方案是：一種分數(shù)階復(fù)合控制方法，包括：
步驟1、使用擴張狀態(tài)觀測器對永磁同步電動機的q軸電流環(huán)路進行前饋補償；
步驟2、分數(shù)階比例微分控制器通過基于差分進化的優(yōu)化方法對永磁同步電動機速度伺服系統(tǒng)進行階次整定。
進一步，步驟1中，所述使用擴張狀態(tài)觀測器對永磁同步電動機的q軸電流環(huán)路進行前饋補償，包括：擴張狀態(tài)觀測器滿足：
其中，b0是q軸電子電流環(huán)參數(shù)，iq是q軸定子電流，iqr是q軸電子電流給定值，u0是分數(shù)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(tài)觀測器的帶寬。進一步，所述分數(shù)階比例微分控制器通過基于差分進化的優(yōu)化方法進行階次整定包括：分數(shù)階比例微分控制器滿足：
C(s)＝Kp(1+Kdsμ)；
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