[发明专利]一种基于有限时间动态面的异步电动机位置跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种基于有限时间动态面的异步电动机位置跟踪控制方法。该控制方法针对异步电动机中存在的铁损和输入饱和问题，在传统的反步法中引入动态面技术，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；本发明方法利用模糊逻辑系统逼近电机驱动系统中的非线性函数，将动态面技术与有限时间结合起来构造控制器；通过本发明方法调节后，输出信号可以在有限时间内跟踪期望信号，仿真结果表明本发明方法能够加快响应速度，提高抗干扰能力，减少跟踪误差，实现理想的跟踪效果。

技术领域

本发明属于异步电动机位置跟踪控制技术领域，尤其涉及一种基于有限时间动态面的异步电动机位置跟踪控制方法。

背景技术

异步电动机又称为感应电动机，它是一种由定子绕组之后形成的旋转磁场与转子绕组中感应电流的磁场互相发生物理作用之后产生电磁转矩驱动带动转子旋转的一种电动机类型，它是一种交流电动机，其功率范围从几瓦到上万千瓦，是在我国各行各业和人民日常生活中应用最广泛的电动机，为多种机械设备和家用电器提供动力。例如机床、风机、水泵、冶金、轻工业机械、中小型轧钢设备和矿山机械等，基本都采用三相异步电动机进行拖动；洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器等家用电器则大都采用单向异步电动机。异步电动机得到了广泛的应用，主要归功于其运行可靠，结构简单、价格低廉和较好的工作特性等优点。然而由于异步电动机的驱动系统具有多变量、强耦合、非线性等特点，并且在运行过程中容易受到负载扰动，输入饱和，铁损问题以及不确定参数等的影响，使得如何对异步电动机进行精确有效的控制并且提出先进的控制策略变得尤为重要。目前，研究者们提出了许多关于非线性系统的控制方法，例如滑模控制、直接转矩控制、哈密顿控制和反步控制等。反步法就是用虚拟控制变量来简化原始的高阶系统，最终的输出结果可以通过Lyapunov方程来表示，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的低阶子系统，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，实现对系统的有效控制。动态面技术能够有效处理传统反步技术中对虚拟控制变量反复求导而产生的“计算爆炸”问题，而结合有限时间控制技术能将跟踪信号的渐进收敛改善为有限时间收敛并且能够加快系统的响应速度和收敛速度，因此结合动态面和有限时间控制技术具有更好的跟踪效果。输入饱和问题主要指在工程系统中的执行器受到不平滑以及非线性条件的限制，可能会严重影响系统的控制性能，并且导致控制系统的不稳定性。而铁损问题主要是指当异步电动机长期处于轻负载的工作状态时，系统将会产生大量的铁芯损耗，对整个控制系统产生不利的影响，因此异步电动机的位置控制过程中不仅需要考虑铁损带来的影响，还需考虑输入电压饱和。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于有限时间动态面的异步电动机位置跟踪控制方法，该控制方法在考虑铁损和输入饱和的情况下，通过利用动态面技术解决传统反步法的“计算爆炸”问题，同时结合有限时间技术，从而实现对异步电动机位置的高效跟踪控制。

本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种基于有限时间动态面的异步电动机位置跟踪控制方法，包括如下步骤：

a建立考虑d-q轴上铁损的异步电动机的动态数学模型

其中，θ表示转子位置，ω_r表示转子角速度，T_L表示负载转矩，J和ψ_d分别代表转动惯量和转子磁链；n_p表示极对数，i_dm和i_qm表示d-q轴励磁电流；

i_ds和i_qs表示d-q轴电流；R_r和R_s分别表示转子电阻和定子电阻；L_1s和L_1r分别表示定子电感和转子电感；R_fe表示铁损电阻；u_d和u_q表示d-q轴电压；L_m表示互感；