[發明專利]基于分數階滑模控制器的永磁直流電機控制方法及系統

有效

• 申請號: 202110018288.5
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112769368B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 侯明冬;韓耀振;潘為剛;楊仁明;胡冠山;李光葉;張允剛
• 申請（專利權）人: 山東交通學院
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P23/04;H02P23/14
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 黃海麗

本發明公開了基于分數階滑模控制器的永磁直流電機控制方法及系統，包括：在存在外部干擾的情況下，基于永磁直流電機的輸出電流和輸入電壓，建立待控制永磁直流電機的數據驅動模型；通過擾動估計和偏導數估計，將所述數據驅動模型轉換為新的數據驅動模型；針對新的數據驅動模型，建立對應的分數階終端滑模函數；設計分數階終端滑模函數的控制律；對分數階終端滑模函數的控制律中的符號函數進行修正，以減輕抖振現象；基于分數階終端滑模函數修正后的控制律，控制待控制永磁直流電機的運行。

技術領域

本申請涉及滑模控制技術領域，特別是涉及基于分數階滑模控制器的永磁直流電機控制方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提到了與本申請相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

直流(DC)電動機具有易于驅動，高轉矩重量比，較低的維護成本等優點，因此廣泛的應用于智能家居、輪式機器人、無人機等領域。對于實際的系統，由于傳感器的局限性和經濟原因，幾乎沒有實現狀態單元的測量。另外，由于系統數學模型未知，通常使用狀態觀測器和模型逼近來設計控制器。已經證明，滑模控制器應用于直流電動機控制系統的魯棒性優勢。即使滑模控制器具有魯棒性，也必須建立狀態估計器以根據不斷變化的環境干擾做出更快的響應，提高直流電機閉環系統的控制性能。

在機電系統中，已利用連續時間直流電動機的動態模型設計了輸出反饋滑模控制器。此外，除了離散時域或計算機系統外，直流電動機的控制問題在許多工業應用中也變得重要。已經開發出了實用的控制方案來控制直流電動機，例如比例積分微分(PID)模糊控制器，神經網絡控制技術和魯棒控制器。但是，設計上述控制器。通常需要或估計一些未知的不確定因素，例如死區，輸出約束和反電動勢等，這些非線性項會影響控制系統的跟蹤效果。

無模型自適應控制方法(Model-Free?Adaptive?Control,MFAC)作為數據驅動控制的典型代表之一，已廣泛的應用于涉及非線性系統控制的許多領域。分數階滑模控制(Fractional?Order?Sliding?Model?Control,FOSMC)具有一些獨特的特征，如明顯的物理意義，全局記憶和輕微的抖動等。當采用數字計算機系統實現其控制策略時，由于忽略采樣間隔的影響而導致控制精度變差。此外，如果采用Riemann-Liouville型分數階算子定義，則在實驗中存在非物理初始條件。因此，Caputo的分數微積分用于在數學上解決這個問題，但在工程應用中，Caputo的定義只能在基于拉普拉斯變換的近似方法中實現，這將在控制系統中引入額外的近似誤差。

相較于FOSMC，分數階終端滑模控制(Fractional?Order?Terminal?SlidingModel?Control,FOTSMC)能夠獲得更高的控制精度。但是，大多數現有FOTSMC控制技術均是基于模型的控制方法，而實際中，永磁直流電機的精確數學模型通常難以獲得。MFAC技術基于控制系統的輸入輸出建立動態線性化數據模型，控制器設計與受控系統的模型參數無關，且數據模型的參數能夠在線更新。因此，為進一步提高永磁直流電機的控制精度，利用MFAC方法和FOTSMC方法各自的優勢，將兩種方法結合起來進行控制系統設計成為當前的研究熱點。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本申請提供了基于分數階滑模控制器的永磁直流電機控制方法及系統；

第一方面，本申請提供了基于分數階滑模控制器的永磁直流電機控制方法；

基于分數階滑模控制器的永磁直流電機控制方法，包括：

在存在外部干擾的情況下，基于永磁直流電機的輸出電流和輸入電壓，建立待控制永磁直流電機的數據驅動模型；

通過擾動估計和偏導數估計，將所述數據驅動模型轉換為新的數據驅動模型；

針對新的數據驅動模型，建立對應的分數階終端滑模函數；設計分數階終端滑模函數的控制律；