[发明专利]基于状态受限的永磁同步电机模糊位置跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种基于状态受限的永磁同步电机模糊位置跟踪控制方法，该方法针对电动汽车电机驱动和控制系统中存在的非线性以及铁损的问题，基于Barrier Lyapunov函数，对电机系统的状态量和控制量进行了约束，同时利用模糊逻辑系统逼近系统中的非线性函数，构造了模糊自适应位置跟踪控制器。本发明方法可以保证系统的跟踪误差能够收敛到原点的一个足够小的邻域内，仿真结果表明，本发明方法保证了电机的各个状态量在系统的约束空间内，控制器输入都稳定在一个有界区域内。本发明实现了对电动车永磁同步电机位置跟踪控制快速有效的响应，更适合像电动汽车驱动系统这样需要快速动态响应的控制对象。

技术领域

本发明属于电动汽车电机位置跟踪控制技术领域，尤其涉及一种基于状态受限的永磁同步电机模糊位置跟踪控制方法。

背景技术

国际金融危机以来，美、欧、日、韩等发达国家都在推动汽车产业的转型发展。电动汽车(EV)是21世纪清洁、高效、可持续的交通工具，因而在全球范围内形成了发展新能源汽车的新一轮热潮。在所有技术创新中，电机驱动具有极其重要的地位，因为未来的驱动方式必须具有低能耗、高环保、可持续性强等特点。

电动汽车包括电机驱动及控制系统、驱动力传动等机械系统和完成既定任务的工作装置等。电机驱动及控制系统是电动汽车的核心，也是区别于内燃机汽车的最大不同点。电动汽车是汽车工业的一个重要分支，电动汽车的发展对于能源安全以及环境保护有着重大的意义。近年来，对于电动汽车的关注日益增高，与此同时，对高效、可靠、经济的电机驱动技术的需求也日益紧迫。因此，电动汽车动力系统的研究受到了国内外学者的广泛关注。由于考虑铁损的永磁同步电机的动态数学模型受电机参数变化、负载扰动、对象未建模和非线性动态等不确定性因素影响的特点，因此对于电动汽车上永磁同步电机需要一套更复杂的控制方法。

近年来，许多学者对状态反馈线性化控制、无源性方法、自适应控制、反步法控制和其它的一些同步电动机的控制方法进行了研究。其中，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。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。在满足永磁同步电机快速性和稳定性的基础上，控制理论的研究已经取得了很大的成果。然而，在实际应用系统中，不仅要保证控制系统的稳定性和快速性，也要保证系统输入有界和状态约束。在永磁同步电机的伺服控制中，电机的固有属性约束了电流、转速及转子角速度等状态量，同时逆变器直流侧的电压幅值也约束了电压等控制量。由于永磁同步电机的系统数学模型是非线性的，包含电流与速度的非线性耦合项，单从控制量不能保证系统的状态量始终在期望的约束空间中。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于状态受限的永磁同步电机模糊位置跟踪控制方法，该方法在考虑铁损的永磁同步电机非线性模型的基础上，利用模糊逻辑逼近系统的非线性函数，引入约束李雅普诺夫函数，以限制中间控制信号的幅值而满足系统对状态变量的约束要求，同时，运用反步法来构造永磁同步电动机的控制器，从而将永磁同步电机的状态量和控制量限定在特定的区间，从而实现对永磁同步电机的伺服跟踪控制。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于状态受限的永磁同步电机模糊位置跟踪控制方法，包括如下步骤：

a.建立考虑铁损的永磁同步电机的动态数学模型：