[发明专利]基于免疫算法的异步电机滑模观测器转速估计方法

权利要求书

1.基于免疫算法的异步电机滑模观测器转速估计方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、通过异步电机定子电流方程和转子磁链方程建立异步电机数学模型；

步骤2、根据步骤1中建立的异步电机数学模型选取滑模函数；

步骤3、通过步骤2中得到的滑模函数估计异步电机转速；

所述步骤1通过异步电机定子电流方程和转子磁链方程建立异步电机数学模型：

isα·=LmRrσLsLrLrψrα+LmσLsLrωrψrβ-RsLr2+RrLm2σLsLr2isα+1σLsusαisβ·=-LmσLsLrωrψrα+LmRrσLsLrLrψrβ-RsLr2+RrLm2σLsLr2isβ+1σLsusβ---(1)]]>

ψrα·=-RrLrψrα-ωrψrβ+RrLmLrisαψrβ·=ωrψrα-RrLrψrβ+RrLmLrisβ---(2)]]>

其中，L_r、L_s、L_m分别为转子电感、定子电感和定子和转子之间的互感，R_r、R_s分别为转子电阻和定子电阻，ω_r为异步电机电角速度，u_sα、u_sβ分别为定子电压在α、β轴上的分量，i_sα、i_sβ分别为定子电流在α、β轴上的分量，ψ_rα、ψ_rβ分别为转子磁链在α、β轴上的分量，σ为总漏感系数；

将公式(1)、(2)的数学模型转化为矩阵形式，如公式(3)、(4)：

isα·isβ·=k1(ρωr-ωrρψrαψrβ-ρLmisαisβ)-k2isαisβ+k3usαusβ---(3)]]>

ψrα·ψrβ·=-(ρωr-ωrρψrαψrβ-ρLmisαisβ)---(4)]]>

其中：k₁＝k₃L_m/L_r，k₂＝R_s/σL_s，k₃＝1/σL_s，σ＝1-L_m²/L_sL_r，ρ＝R_r/L_r；

所述步骤2选取滑模函数的具体步骤为：

将公式(3)、公式(4)中相同的矩阵项用相同的滑模函数替换为：

i^sα·i^sβ·=k1fαfβ-k2i^sαi^sβ+k3usαusβ---(5)]]>

ψ^rα·ψ^rβ·=-fαfβ---(6)]]> 1

其中，分别为定子电流在α、β轴上的分量的估计值，分别为转子磁链在α、β轴上的分量的估计值，

选取滑模函数为

fα=-γossat(ssαa)fβ=-γossat(ssβa)---(7)]]>

其中，滑模变量分别为γ_o为滑模系数，a表示常数；

ssat(sa)=+1sa≥π2sin(sa2)-π2<sa<π2-1sa≤-π2---(8)]]>

所述滑模系数通过在线学习的免疫算法获得，具体过程为：

免疫应答原理中，第k代的抗原数量为e(k)，由抗原刺激而产生的Th细胞的浓度为N_Th(k)，抑制性Ts细胞浓度为N_Ts(k)，则B细胞所接受到的刺激u(k)为：

u(k)＝N_Th(k)-N_Ts(k)(9)

其中，

N_Th(k)＝τ₁e(k)(10)

N_Ts(k)＝τ₂g[Δu(k)]e(k)(11)

则u(k)＝τ₁e(k)-τ₂g[Δu(k)]e(k)＝ηe(k)(12)

其中，η＝K{1-μg[Δu(k)]}(13)

K＝τ₁为增益控制反应速度；μ＝τ₂/τ₁控制稳定效果；g(x)为一选定的非线性函数，g(k)＝exp(2k/b)；

将“疫苗”引入到免疫算法中，引入疫苗后产生的抑制性Ts细胞浓度N_Ts1(k)为：

N_Ts1(k)＝τ₃g[Δu₁(k)]e(k)(14)

则引入疫苗后B细胞受到的刺激u′(k)为：

u′(k)＝τ₁e(k)-τ₂g[Δu′(k)]e(k)-τ₃g[Δu₁(k)]e(k)＝m′_pe(k) (15)

其中，m′_p＝K{1-μ′G[Δu′(k),Δu₁(k)]}(16)

改进后第k代Th细胞浓度和Ts细胞浓度分别为：

N_Th(k)＝τ₁f(e(k))(17)

N_Ts(k)＝τ₂g[Δu″(k)]f(e(k))+τ₃g[Δu₁(k)]f(e(k))(18)

其中，f(x)为sigmod函数；

则改进后第k代B细胞所受到的刺激u″(k)为：

u″(k)＝τ₁f(e(k))-τ₂g[Δu″(k)]f(e(k))-τ₃g[Δu₁(k)]f(e(k))＝m″_pf(e(k))(19)

其中，m″_p＝K{1-μ″G[Δu″(k),Δu₁(k)]}(20)

G(k₁,k₂)＝1-exp(2k₁/b)-hexp(2k₂/b)(21)

h＝τ₃/τ₁μ，

m″_p为在线学习的免疫算法得到的滑模系数，

则滑模函数为：

fα=-mp′′ssat(ssαa)fβ=-mp′′ssat(ssβa)---(22).]]>

2.根据权利要求1中所述的基于免疫算法的异步电机滑模观测器转速估计方法，其特征在于，所述步骤3中通过步骤2中得到的滑模函数估计异步电机转速为：

ω^r=ψ^rβfα-ψ^rαfβ-ρLm(i^sβψ^rα-isαψ^rβ)ψ^rα2+ψ^rβ2---(23).]]> 3