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专利号: 2014103506458
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种采用自抗扰控制技术的网络化永磁同步电机时延补偿和控制方法,其特征在于:所述方法包括以下过程:步骤1)建立含有时变网络诱导时延的永磁同步电机控制系统模型,将网络化永磁同步电机控制系统描述为一个具有一步输入时滞的离散时间线性时变系统,进而将时变时延引起的系统不确定动态部分描述为系统的加性噪声;网络化永磁同步电机控制系统模型扩张成如下的二阶系统模型:步骤2)设计扩张状态观测器,过程包括:

2.1)设计扩张状态观测器

用于估计系统(1)中两个状态变量的扩张状态观测器具有如下形式:其中,e(k)为电机转速参考值与实际转速的估计值之差,z1(k)是对电机转速x1(k)的估计,z2(k)是对新扩张状态量x2(k)的估计,h是积分步长;fal(e(k),0.25,δ)为非线性函数,具体形式如式(3)所示;δ、β01、β02为一组待整定的参数;

其中,a为幂指数,δ为线性段的区间长度,sign()为符号函数,具体表达式如式(4)所示;

2.2)对时变网络诱导时延引起的不确定性的估计

所设计的扩张状态观测器对永磁同步电机的转速以及新扩张的由网络诱导时延引起的不确动态进行估计。

步骤3)设计带有扩张状态观测器的网络化永磁同步电机自抗扰控制器,对网络化永磁同步电机控制系统中时变时延项的补偿过程:

3.1)安排过渡过程

将电机参考转速v,经过跟踪微分器获得转速v的过渡信号v1,将跳变的转速信号平滑化,式(5)给出跟踪微分器的具体形式:其中,R为快速跟踪因子,h为积分步长,e(k)为过渡信号和参考信号的差;

3.2)用扩张状态观测器估计网络诱导时延引起的不确定性通过扩张状态观测器获得对新扩张状态量x2(k)的估计z2(k),x2(k)中既含有时变时延引起的不确定动态又含有内外扰动,扩张状态观测器一并将其作为总和扰动予以估计。

3.3)时延引起的控制系统不确定性补偿和控制律设计得到一个转速误差量,即e1(k)=v1(k)-z1(k),经过非线性组合计算出控制量u0(k),计算过程如式(6)所示:在得到的控制量u0(k)中减去z2(k)得到新的控制量,即 补偿过程可抵消系统中所有含有时变时延的总和扰动项。

2.根据权利要求1所述的采用自抗扰控制技术的网络化永磁同步电机时延补偿和控制方法,其特征在于:所述步骤1)中,具体过程如下:

1.1)永磁同步电机控制系统的线性化状态空间模型永磁同步电机控制系统采用双环结构,内环为电流环,外环为速度环,永磁体基波励磁磁场轴线为d轴,q轴为逆时针方向超前d轴90度,在随转子旋转的d-q坐标系上,永磁同步电机的理想传递函数模型是:其中,id和iq是d-q坐标系上的定子电流,Rs为定子电阻,Ld和Lq是d-q坐标系上的定子等效电感,pn为永磁同步电机的极对数,w为电机转子机械角速度,ψf为永久磁铁对应的转子磁链,TL为负载转矩,B为运动阻尼系数,J为电机与负载转动惯量之和,ud和uq是d-q坐标系上的定子电压。

根据 由式(7)得:

其中,n为电机转速;令 x1=n,u=iq,则(8)式转化为:

其中,x1为永磁同步电机的转速,u为定子电流;

1.2)获得时变网络诱导时延影响下的网络化永磁同步电机控制系统模型和 分别表示测量信号从传感器传输到控制器所经历的时延和控制量从控制器传输到执行器的时延,那么控制回路总的网络诱导时延是 由于时延小于一个采样周期,永磁同步电机在一个周期内的控制输入u(t)由两部分构成,一部分是由上一周期计算得到的控制输入u(k-1),另一部分是当前周期计算得到的控制输入u(k),且具有以下形式:其中,T是采样周期,tk表示第k个采样时刻;因此,根据式(9)和(10),离散化后的网络化永磁同步电机控制系统模型为:-aT

将e 用1-aT近似后,将式(11)转化为:

将式(12)中由时变时延τk引起的时变动态用一个新的状态变量x2(k)表示,即并令由此将由式(12)表示的网络化永磁同步电机控制系统模型扩张成如(1)所示的二阶系统模型。