[發(fā)明專利]一種吸塵器高速電機控制方法及自適應變結(jié)構轉(zhuǎn)速控制器

在審

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• 申請日: 2021-09-28
• 公開（公告）號: CN113922725A
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設計）人: 李娜;張雯曉
• 申請（專利權）人: 南京凌華微電子科技有限公司
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/00;H02P21/05;H02P25/022
• 代理公司: 北京知呱呱知識產(chǎn)權代理有限公司 11577
• 代理人: 鄭興旺

本發(fā)明實施例公開了一種吸塵器高速電機控制方法及自適應變結(jié)構轉(zhuǎn)速控制器，以解決現(xiàn)有技術在系統(tǒng)的參數(shù)變化范圍較大時控制效果不理想的問題。該吸塵器高速電機控制方法，針對電機的轉(zhuǎn)速控制，對于給定的初始條件，經(jīng)過若干次自適應的斜率調(diào)整，最后使軌跡進入最終切換線上的穩(wěn)定區(qū)，在保持變結(jié)構控制強魯棒性的前提下，以最快的速度實現(xiàn)變結(jié)構控制。本發(fā)明將自適應控制與變結(jié)構控制相結(jié)合構建了一種變結(jié)構自適應控制模型，可減小參數(shù)變化及負載擾動對超高速永磁電機調(diào)速系統(tǒng)的影響。

技術領域

本發(fā)明涉及一種電機控制方法，具體涉及一種吸塵器高速電機控制方法及控制器。

背景技術

電機是吸塵機的關鍵部件，強勁的動力是吸力最直接的保障，需要實現(xiàn)每分鐘高達十幾萬轉(zhuǎn)以上的速度，才能保證吸塵機性能。因此對高速電機的優(yōu)化控制具有重要意義。

永磁電機在幾萬轉(zhuǎn)以上的超高速運行時，系統(tǒng)參數(shù)變化以及負載擾動等都會影響系統(tǒng)的動態(tài)性能。傳統(tǒng)的PID控制器參數(shù)固定，控制方法相對簡單，在低階線型系統(tǒng)的控制中具有良好效果。但在具有超高速永磁電機控制對象這種高階、非線性、強耦合特點的調(diào)速系統(tǒng)中，PID速度控制器很難對負載擾動、參數(shù)變化等非線性擾動起到較好的抑制效果，系統(tǒng)控制效果及精度難以達到性能指標的要求。

傳統(tǒng)的變結(jié)構控制在非線性、不確定性系統(tǒng)的控制中有較好效果，該方法對于參數(shù)變動以及外部干擾有著較強的魯棒性。但由于變結(jié)構控制理論本身的特點，在系統(tǒng)的參數(shù)變化范圍較大時，將會出現(xiàn)抖振現(xiàn)象，甚至激發(fā)系統(tǒng)中未建模部分的動態(tài)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實施例提供一種吸塵器高速電機控制方法及自適應變結(jié)構轉(zhuǎn)速控制器，以解決現(xiàn)有技術在系統(tǒng)的參數(shù)變化范圍較大時控制效果不理想的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供如下技術方案：

第一方面，一種吸塵器高速電機控制方法，針對電機的轉(zhuǎn)速控制，對于給定的初始條件，經(jīng)過若干次自適應的斜率調(diào)整，最后使軌跡進入最終切換線上的穩(wěn)定區(qū)，在保持變結(jié)構控制強魯棒性的前提下，以最快的速度實現(xiàn)變結(jié)構控制。

進一步地，所述電機為永磁電機，針對電機的轉(zhuǎn)速控制忽略了電機的凸極效應。

進一步地，該控制方法對應的自適應變結(jié)構控制器數(shù)學模型是在d-q坐標系下，基于Lyapunov函數(shù)，并結(jié)合LaSalle不變性原理構建得到，其輸入為速度給定并接收速度反饋，其輸出為q軸參考電流。

進一步地，該控制方法中，在d-q坐標系下定義的永磁電機的運動方程如下式所示：

式中，K為電機轉(zhuǎn)矩系數(shù)，J是折算到電機側(cè)的轉(zhuǎn)動慣量，B是粘性摩擦系數(shù)，T_l是負載轉(zhuǎn)矩，ΔT_l為轉(zhuǎn)矩擾動；ω為電機側(cè)的角速度；i_q為q軸電流；并作如下假設：

假設一：速度給定ω^*二階可導；

假設二：擾動轉(zhuǎn)矩ΔT_l及其一階導數(shù)有界；

假設三：變動參數(shù)J、K、B均有界。

進一步地，控制輸出q軸參考電流的表達式為：

其中，J₀為初始轉(zhuǎn)動慣量，k₁為負載端的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，k₁＞0，為速度跟蹤誤差e₁的一階導數(shù)，B₀為初始粘性摩擦系數(shù)，為速度給定x_d的一階導數(shù)，c₁為正的常數(shù)，為總的不確定性F的估計值，為速度給定x_d的二階導數(shù)，h和β為正常數(shù)，s為切換函數(shù)，α為Lyapunov函數(shù)的特征指數(shù)，ε為Lyapunov函數(shù)的特征常數(shù)。