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专利号: 2021106774190
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:

1.一种低压伺服离散线性自抗扰控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1)确定电流环和速度环被控对象的阶次,确定阶次由电流的微分方程和运动方程进行 确定,交直轴电流的微分方程为:上式中id、iq为交直轴电流值,Rs为电机电阻值,Ld、Lq为交直轴电感值,ωe为电机转速值,ψf为永磁体磁链值;

运动方程为:

上式中np为电机的极对数,Te为电机的电磁转矩,TL为电机的负载转矩,J为电机的转动惯量,Lmd、Lmq为交直轴电枢反应电感;

由式 (0 .1)~(0 .3)可知,电流环和速度环的被动对象的阶数为1,根据自抗扰控制器的设计规则,扩张观测器的阶数需要在被控对象阶数的基础上增加1,故扩张观测器的阶数为2阶;

步骤2)将电流环的微分方程和电机的运动方程改写为输入加扰动的形式,由于采用的是id=0的控制策略,故在分析电流环的时候只对交轴电流进行分析,不再对直轴电流进行分析,将交轴电流的微分方程改写为:上式中 可以视为交轴电流环的总扰动,它由电阻、电感、永磁体磁链变化和外部扰动组成;

将运动方程改写为:

上式中fω为速度环的总扰动,由内部参数改变和外部负载转矩变化引起;

步骤3)设计电流环连续线性自抗扰控制器,首先对电流环进行分析,电流环的输入为交轴电流的参考值,输出为交轴电压的控制值,记状态变量则式(0 .4)表示为以下状态方程的形式:利用Luenberger的设计原则来设计线性状态观测器来观测扰动量和状态变量,状态观测器的方程为:上式中 分别表示状态变量

表示观测器的增益值, 为观测器误差, 则电流环线性扩张观测器写为:上式中

步骤4)设计速度环的连续线性自抗扰控制器,速度环的线性扩张观测器表示为:T

上式中状态变量矩阵zω=[z1_ω,z2_ω] ,状态矩阵 观测器增益矩阵Lω=T T T[l1_ω,l2_ω],输出矩阵Cω=[1,0],输入矩阵Bω=[bω',0],uc_ω=[uo_ω,yω];

步骤5)设计速度环的跟踪微分器,由于电流环希望电流值随电流的参考值进行快速的变化,故电流环不需要跟踪微分器;速度环由于惯性作用,若不使用跟踪微分器进行过渡过程安排,速度环系统会出现超调等不好的动态过程,对于过渡过程采用一阶惯性环节作为过渡过程的安排,一阶惯性环节的表达式为:同时得到经过惯性环节输出与输入之间的关系式为:步骤6)设计线性扩张观测器的增益矩阵,将观测器的增益和控制实际中常用的带宽进行联系,写出式(0 .8)系统的特征方程为:将特征式展开,将其极点放在同一位置,该位置即为观测器的带宽值,得到观测器的增益矩阵为:步骤7)设计速度环和电流环连续线性自抗扰控制器的控制律,对于一阶被控对象,采用单P控制即可,则电流环和速度环的控制律为:uω=Kω(rω‑yω)    (0.15)上式中 Kω为控制律的增益, rω为速度环和电流环的参考信号;

步骤8)将连续线性自抗扰控制器离散化,连续线性自抗扰控制器中的控制律部分只是对线性扩张观测器的输出信号进行放大,故控制律部分不需要进行离散化处理,只需要对连续的线性扩张观测器部分进行离散,采用欧拉离散法对其进行离散,速度环的离散方式和电流环相似,此处仅对电流环的离散过程进行推导,对于状态变量 采用以下公式进行微分:上式中 为电流环数字控制器所造成的延迟时间,将上式改写为当前时刻较上一时刻的变化:将上式代入连续系统的状态方程得:

上式中 对应于状态矩阵 其表达式为:

其中I为单位矩阵, 对应的是输入矩阵 其表达式为:等于连续控制器中的输出矩阵 为零矩阵,同时得到离散线性扩张观测器的表达方程为:上式中 的表达式为:

其中 为离散线性扩张观测器增益矩阵,和连续系统类似写出特征方程为:将其特征根放置在同一极点处,展开后得增益矩阵 为:同时得到:

相对应的输入矩阵为:

相对应的输出矩阵为:

相对应的 的矩阵表达式为:

连续线性扩张观测器的带宽和离散线性扩张观测器的带宽的转化表达式为:步骤9)速度环跟踪微分器的离散化,同样一阶惯性环节采用前向欧拉法进行离散,对于惯性环节进行反拉氏辨识得:由前向欧拉法得:

联立上式得:

步骤10)将低压伺服电机的转动惯量和电感值进行辨识,作为补偿因子的确定参考,通过辨识算法得到的转动惯量值和电感值,通过公式:确定电流环和速度环的补偿因子的基数,因为线性自抗扰控制器中适当增大补偿因子的值可以提高系统的抗干扰性和动态性能,故对于补偿因子乘以一个增益因子a,得到实际控制器中补偿因子为:b0_ω'=aω*b0_ω    (0.36)步骤11)使用稳态图的方式对电流环和速度环的控制律带宽ωc和观测器带宽ωo进行整定,同时对两个系统需要留出足够的幅值裕度和相位裕度。