[发明专利]一种有刷直流电机强化学习自适应控制方法有效

专利信息
申请号: 201810253881.6 申请日: 2018-03-26
公开(公告)号: CN108448978B 公开(公告)日: 2021-04-30
发明(设计)人: 胡云峰;李娜;张森;陈虹;史少云 申请(专利权)人: 吉林大学
主分类号: H02P21/00 分类号: H02P21/00;H02P21/18
代理公司: 吉林长春新纪元专利代理有限责任公司 22100 代理人: 白冬冬
地址: 130012 吉*** 国省代码: 吉林;22
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摘要:
搜索关键词: 一种 直流电机 强化 学习 自适应 控制 方法
【说明书】:

一种有刷直流电机强化学习自适应控制方法,属于电机技术领域。本发明的目的是通过参数鲁棒自适应律在线辨识齿槽转矩、非线性摩擦力模型参数以及基于强化学习的未知扰动估计补偿策略,解决了有刷直流电机转速控制过程中死区、爬行及低速不平稳问题的有刷直流电机转速非线性控制方法。本发明步骤是:建立有刷直流电机的数学模型;有刷直流电机鲁棒自适应控制方法。本发明基于微分平坦设计前馈加反馈的二自由度控制结构。相对于传统的双环PI控制方法,该方法引入的前馈控制能够在参考输入作用瞬间而不是出现偏差后作用于被控对象,且在前馈中引入了非线性补偿信号,能够抑制扰动对电机低速控制的影响,提升转速跟踪精度。

技术领域

本发明属于电机技术领域。

背景技术

有刷直流电机是一种重要的工业基础零部件,具有力矩系数大、过载能力强、可靠性高等优点,在汽车、机器人、航空航天等领域有着广泛的应用。随着现代科学技术的飞速发展,特别是电力电子、数字控制技术和现代控制理论的巨大进步,为有刷直流电机的高精度转速控制发展创造了有利条件,有刷直流电机高精度转速控制受到了越来越多的关注。众多领域对有刷直流电机控制性能的要求在不断地提升,高精度电机转速控制方法的开发难度也因此变高。

摩擦力矩和齿槽转矩是影响电机转速跟踪精度提升的两个关键因素。电机摩擦力矩是由电枢与电刷以及壳体等部件相互接触产生的,因此摩擦力矩是无法避免的。摩擦力矩的存在使电机转速跟踪过程中产生了低速爬行现象。电机永磁体与电枢齿槽之间相互作用产生了周期性扰动力矩,即齿槽转矩,这种力矩也是无法避免的。齿槽转矩的存在影响了电机的转速跟踪平稳度。

在传统的有刷直流电机转速控制领域,主要存在以下的问题:

(1)在有刷直流电机的控制系统中,控制器设计往往需要精确的电机参数值。但是随着温度等外界环境的变化,有刷直流电机的摩擦力模型参数和齿槽转矩参数都会随之而变化。当常温下设定的控制器参数值相对于电机当前运行实际参数值发生较大变化时,转速控制系统的控制性能会降低,甚至无法正常工作。

(2)电机负载变化、模型不确定性等未知扰动的存在对电机转速控制系统性能有较大的影响。这种影响主要表现在电机跟踪期望转速或者精确定位时产生的波动现象,它影响了运动控制系统的控制性能。

目前为了解决有刷直流电机转速跟踪控制器开发过程中所遇到的问题,许多专家学者在算法方面进行了努力,针对有刷直流电机转速控制问题已经提出了许多成型的方法:中国专利公开号106647254A,公开日2017年5月10日,专利申请号为201610867744.2,专利申请名称为“一种基于膜算法的永磁直流电动机转速在线控制方法”。专利申请中描述了一种基于膜算法的永磁直流电动机转速控制方法,能够在参数灵敏性低,涉及参数较少的情况下实现转速控制。该方法首先收集不同工况下转速与控制电压的数据,分别构造高斯过程模型和二阶多项式模型。然后,根据所构造的多项式响应模型和高斯过程预测模型构造三层膜的膜算法框架。最后根据膜算法框架中输入下一周期期望转速,得到预测控制电压,将输出层预测控制电压输出并作用到电机。该方法在一定程度上实现了有刷直流电机的转速控制,但是算法需要在线求解优化问题,算法过于复杂并且计算周期长,不易于工业实现。

中国专利公开号106602945A,公开日2017年4月26日,专利申请号为20161169775.7,专利申请名称为“一种直流有刷电机转速离散控制和显式预测控制方法”。专利申请中描述了一种基于显示预测控制有刷直流电机转速控制方法,该方法简历有刷直流电机调速系统子采样周期离散状态空间模型,能够反映直流电机调速系统本质的混杂特性,克服了传统方案开关周期内系统动态行为无法描述的缺点。但是该方法基于线性模型,没有考虑电机在低速运行过程中扰动对转速跟踪效果的影响,使该方法在低速情况下无法以较高精度控制电机转速。

工业中常用的直流电机调速方法主要是单环或双环的PID控制方法。该方法虽然具有调试简单、工程易实现的优点,但是在电机运行过程中对扰动的抑制能力不够,导致转速跟踪误差变大,在低转速工况下这种现象尤为明显。

发明内容

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