[发明专利]基于动态面的永磁同步电机有限时间位置跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种基于动态面的永磁同步电机有限时间位置跟踪控制方法，该方法针对永磁同步电机控制系统中参数不确定以及系统中的非线性问题，通过基于反步法的自适应神经网络技术来逼近系统中的非线性函数，解决了系统参数不确定的问题，该方法通过引入有限时间技术提高了系统的收敛速度，本发明可以保证系统的跟踪误差在有限的时间内收敛至原点周围一个足够小的邻域内，同时控制器输入u_d和u_q都稳定在一个有界区域内。本发明方法能够使输出快速的跟踪期望值，从而实现对永磁同步电机位置跟踪的快速响应。

技术领域

本发明涉及一种基于动态面的永磁同步电机有限时间位置跟踪控制方法。

背景技术

永磁同步电机相比于其他电动机具有众多优势，永磁同步电机由于其结构简单，从而在工业使用过程中便于移动；永磁同步电机具有较高的能量转换效率，因此永磁同步电机在工业控制领域应用广泛。控制永磁同步电机达到所需要的动静态性一直以来是一个热门的问题。由于永磁同步电机系统是一个具有强耦合、多变量和高度非线性的系统，并且永磁同步电机的运行对参数的改变和外部负载的变化等变化的因素敏感，因此，众多的学者投入到研究理想的算法控制永磁同步电机。

近年来，随着反馈线性化控制、滑模变结构控制、自适应控制、反步控制和动态面控制等方法的研究，这些方法被运用到永磁同步电机系统中。自适应控制、反步控制和动态面技术相结合，解决了参数变化和外界负载变化对永磁同步电机性能影响较大的问题，神经网络逼近算法被运用到电动机控制算法中，其中径向基函数神经网络可以逼近任意的线性函数或者非线性函数；非线性系统中参数不确定的问题可以通过自适应控制技术来解决；传统反步控制的目的是使系统随着时间变化，系统渐进稳定，而忽略系统的收敛时间，没有考虑非线性系统的有限时间跟踪，有限时间控制可以使系统的响应迅速，跟踪精度更高。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于动态面的永磁同步电机有限时间位置跟踪控制方法，能够使输出快速的跟踪期望值，实现永磁同步电机的位置跟踪控制。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

基于动态面的永磁同步电机有限时间位置跟踪控制方法，包括如下步骤：

a.永磁同步电机在d-q坐标下的数学模型：

式中：θ为转子角度，i_d和i_q分别为d轴和q轴电流；u_d和u_q分别为d轴和q轴电压，R_s为定子的电阻；ω为转子角速度，L_d和L_q分别为d轴和q轴电感；n_p为永磁同步电机的极对数；J为转动惯量；B为摩擦系数；T为电磁转矩；T_L为负载转矩；Ψ为磁链；

为了简化上述模型，将变量重新定义为：

则永磁同步电机模型转换为：

b.根据动态面技术和有限时间自适应神经网络反步法原理设计一种基于动态面的永磁同步电机有限时间位置跟踪控制方法

假设存在三个实数λ₁，λ₂和γ，其中，λ₁＞0，λ₂＞0，0＜γ＜1；

有限时间稳定的Lyapunov条件写成：

其中，V(x)为一个Lyapunov函数，V^γ(x)为V(x)的γ次幂，为V(x)的导数；

则稳定时间T_r将有以下不等式：