[发明专利]基于观测器的异步电机命令滤波误差补偿模糊控制方法

说明书

本发明公开了一种基于观测器的异步电机命令滤波误差补偿模糊控制方法。该方法针对异步电机驱动和控制系统中存在的非线性问题，在传统的反步设计方法中引入命令滤波技术，同时通过误差补偿机制，减小了滤波产生的误差，从而提高了控制精度，并成功地克服了在传统反步控制中由于连续求导所引起的“计算爆炸”问题；本发明方法通过降维观测器来估算异步电机的转子角速度，同时利用模糊逻辑系统逼近电机驱动系统中的非线性函数，将命令滤波反步技术与自适应方法结合起来构造控制器；通过本发明方法调节后，电机运行能快速达到稳定状态，仿真结果表明本发明方法能够克服参数不准确的影响并且利于保证理想的控制效果，实现对转速的快速、稳定地响应。

技术领域

本发明属于异步电机位置跟踪控制技术领域，尤其涉及一种基于观测器的异步电机命令滤波误差补偿模糊控制方法。

背景技术

异步电机(induction motors,IMs)是一种交流电机，也叫感应电机，主要作电动机使用。异步电动机广泛应用于工农业生产中，例如机床、水泵、冶金、矿山设备与轻工业机械等都用它作为原动机，其容量从几千瓦到几千千瓦。日益普及的家用电器，例如在洗衣机、风扇、电冰箱、空调器中采用单向异步电动机，其容量从几瓦到几千瓦。在航天、计算机等高科技领域。异步电机也可以作为发电机使用，例如小水电站、风力发电机也可采用异步电机。异步电机之所以得到广泛应用，主要由于它有如下优点：结构简单、运行可靠、制造容易、价格低廉、坚固耐用，而且有较高的效率和相当好的工作特性。

然而由于异步电机数学模型具有高度非线性、强耦合、多变量等特点，同时易受电机参数变化及外部负载扰动等不确定因素的影响，因此，要实现异步电动机的高性能控制是一项具有挑战性的课题。近些年来，非线性控制方法的研究取得了巨大的进展，如滑模控制、动态面控制、哈密顿控制、反步法控制和其它的一些控制方法。而经典控制需要使用传感器直接测量系统的状态变量信息,但是传感器的应用仍然存在许多问题，如成本高、可靠性低以及由于振动造成的性能下降问题。另一方面，自适应反步法因其能够有效地克服参数时变和负载扰动对系统性能的影响而得到广泛重视与应用。反步法是一种控制具有不确定性、非线性的系统，尤其是那些不满足给定条件的系统的方法。反步法最大的优点是可以用虚拟控制变量简化原始的高阶系统，从而最终的输出结果可以通过合适的Lyapunov方程来自动的得到。自适应反步控制方法将复杂的非线性系统分解成多个简单低阶的子系统，通过引入虚拟控制变量来逐步进行控制器设计，最终确定控制律以及参数自适应律，从而实现对系统的有效控制。然而，传统反步控制中对虚拟控制函数进行连续求导，容易引起“计算爆炸”问题。此外，模糊逻辑系统在处理未知非线性函数方面的能力引起了国内外控制界的广泛关注，并用于具有高度非线性和不确定性的复杂控制系统设计中。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于观测器的异步电机命令滤波误差补偿模糊控制方法，该方法通过降维观测器估算异步电动机的转子角速度；通过命令滤波技术克服“计算爆炸”问题，同时通过引入误差补偿机制来减小命令滤波产生的误差，提高控制精度；利用模糊逻辑系统逼近异步电机驱动系统中未知的非线性函数，并结合反步法构造自适应位置跟踪控制器，从而实现对异步电机位置的高效跟踪控制。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于观测器的异步电机命令滤波误差补偿模糊控制方法，包括如下步骤：

a建立异步电机的动态数学模型：