[發(fā)明專利]一種基于模糊切換策略的永磁同步電機(jī)復(fù)合變結(jié)構(gòu)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110283403.1
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113037174B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喬建忠;李迎強(qiáng);崔洋洋;郭雷;楊永健
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P23/12;H02P25/022;H02P6/34
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 安麗;顧煒

本發(fā)明涉及一種基于模糊切換策略的永磁同步電機(jī)復(fù)合變結(jié)構(gòu)控制方法，首先，建立永磁同步電機(jī)標(biāo)稱模型；其次，設(shè)計干擾觀測器，對電機(jī)速度環(huán)外部干擾進(jìn)行實(shí)時估計與補(bǔ)償，得到干擾估計值；再次，基于多模變結(jié)構(gòu)控制原理設(shè)計變結(jié)構(gòu)控制器，通過在響應(yīng)過程中切換PI與IP控制器，消除超調(diào)，保證電機(jī)響應(yīng)速度；然后，基于模糊控制理論建立模糊規(guī)則，針對PI與IP控制器切換過程設(shè)計模糊切換控制器，保證切換的平滑性；最后，將第二步獲得的干擾估計值與變結(jié)構(gòu)控制器輸出進(jìn)行復(fù)合，得到基于模糊切換策略的復(fù)合變結(jié)構(gòu)控制器，保證電機(jī)的跟蹤精度。本發(fā)明在解決響應(yīng)速度與超調(diào)量無法同時兼顧問題的同時提高永磁同步電機(jī)的抗干擾性能，保證速度跟蹤精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于模糊切換策略的永磁同步電機(jī)復(fù)合變結(jié)構(gòu)控制方法。

背景技術(shù)

永磁同步電機(jī)是一種利用永磁體建立勵磁磁場的同步電機(jī)，相比其他電機(jī)具有顯著的優(yōu)勢，如：結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、調(diào)速范圍寬、應(yīng)用范圍廣等。近年來，永磁同步電機(jī)得到了飛速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于各種場合，尤其是以高性能和高精度為基本特征的領(lǐng)域，如數(shù)控機(jī)床、光電轉(zhuǎn)臺、雷達(dá)衛(wèi)星、望遠(yuǎn)鏡控制系統(tǒng)等。為使永磁同步電機(jī)表現(xiàn)出更優(yōu)良的性能，對控制系統(tǒng)的要求也越來越高。在工程上，目前電機(jī)控制系統(tǒng)最普遍采用的調(diào)速控制策略仍然是經(jīng)典的PID控制，其工作原理是，根據(jù)被控量與給定參考指標(biāo)的偏差，利用比例參數(shù)與積分參數(shù)，生成控制量，達(dá)到縮減誤差并消除穩(wěn)態(tài)誤差的控制效果。PID控制策略具有結(jié)構(gòu)簡單，控制性能好，參數(shù)少且物理意義明確等優(yōu)點(diǎn)，但也帶來了響應(yīng)速度與超調(diào)量無法同時兼顧以及抗干擾性能差等問題。而IP控制器通過將比例控制作用移到反饋通道中，減小了傳統(tǒng)PI控制器中微分項的作用，有效減小了超調(diào)量，但響應(yīng)速度相對較慢。基于PI與IP設(shè)計多模變結(jié)構(gòu)控制器能夠綜合PI和IP控制器的優(yōu)點(diǎn)，則能解決這個矛盾。

多模變結(jié)構(gòu)控制器的基本原理兼顧暫態(tài)響應(yīng)的快速性、平穩(wěn)性和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的無差性、穩(wěn)定性，能夠?qū)?yīng)解決傳統(tǒng)線性PI控制器的問題，但常規(guī)的多模控制切換又存在著如下問題：(1)多模控制的切換閾值是程序根據(jù)事先給定的偏差范圍自動切換。閾值應(yīng)選得恰當(dāng)，否則不易解決系統(tǒng)響應(yīng)的快速性與超調(diào)的矛盾。(2)在不同的控制器進(jìn)行切換時，為了使控制量的輸出連續(xù)，必須保證在該點(diǎn)相互切換的兩種控制器的輸出控制量應(yīng)該相等以防止輸出量的躍變。實(shí)際上，當(dāng)閉環(huán)控制系統(tǒng)由一種控制方式向另一種控制方式進(jìn)行切換時，要使控制器輸出連續(xù)是較困難的，因為很難做到使相互切換的兩種控制器輸出相等并且使它們的輸出變化趨勢一致。因此常規(guī)的多模切換一般難以實(shí)現(xiàn)無擾動切換，從而延長了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間。因此，基于多模變結(jié)構(gòu)控制原理設(shè)計一種合適的多模控制器，對永磁同步電機(jī)有著重要意義。

目前，針對永磁同步電機(jī)的上述問題，國內(nèi)外專家學(xué)者提出很多控制方法。文章《復(fù)合控制一種簡便模糊控制方法》設(shè)計一種具有模糊切換的復(fù)合控制器，根據(jù)誤差量e的大小調(diào)節(jié)PID控制器與模糊控制器的輸出強(qiáng)度系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)兩種控制器的無擾切換。與常規(guī)復(fù)合控制器相比，該復(fù)合控制在響應(yīng)速度和超調(diào)量方面均有優(yōu)化，但并未完全消除超調(diào)。公開號為CN104880944A的專利提出了一種變結(jié)構(gòu)控制形式，可以實(shí)現(xiàn)在PI和IP控制器之間的切換，但其主要針對的是解決超調(diào)量與跟蹤連續(xù)變化輸入的問題，并未充分考慮外部干擾的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對永磁同步電機(jī)使用傳統(tǒng)線性PI控制器時響應(yīng)速度與超調(diào)量無法同時兼顧以及抗干擾性能差的問題，提供一種基于模糊切換策略的永磁同步電機(jī)復(fù)合變結(jié)構(gòu)控制方法，消除超調(diào)，實(shí)現(xiàn)無擾切換，保證響應(yīng)速度與速度跟蹤精度，同時提高永磁同步電機(jī)抗干擾性能。該方法具有結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(qiáng)和易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。