[发明专利]一种连续波泥浆脉冲器的控制系统及其开发方法

权利要求书

1.一种用于连续波泥浆脉冲器的控制系统，其特征在于，所述控制系统采用了一种基于新型趋近律的滑模控制，且所述新型趋近律为：ε＞0，k＞0；其中，ε表示系统的运动点趋近切换面s＝0的速率，ε越小时趋近速度慢，ε越大时则运动点到达切换面时将具有较大的速度，引起的抖动也较大；sgn(s)为符号函数，保证在空间任意一点，系统都是向着切换面s＝0运动；指数项-ks能保证当s较大时，系统状态能以较大的速度趋近于滑动模态；

且函数f(s)满足以下条件：

1)当|s|>0时，f(s)≥1；当系统远离滑模面时，即|s|＞0，此时εf(s)为大于ε的数，系统趋近滑模面的速度取决于k,当k值合理时系统会以很快的速度趋近于滑模面；

2)当|s|→0时，f(s)→1；当|s|逐渐减小时，f(s)逐渐趋近于1，εf(s)为近似于ε的数；当ε取值很小时，系统在接近滑模面时会以很小的速度平滑接近滑模面；

3)f(s)当中参数尽可能少，不超过三个。

2.根据权利要求1所述的一种用于连续波泥浆脉冲器的控制系统，其特征在于，所述新型趋近律满足从而使系统的状态空间变量可由任意未知的初始状态在有限时间内到达滑模面。

3.根据权利要求1所述一种用于连续波泥浆脉冲器的控制系统的开发方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：产品需求分析，软件模型分析，搭建半实物仿真模型，模型的单元测试与集成测试，与CCS连接生成可执行的代码，对生成的代码做SIL、HIL测试验证其可行性与可靠性，搭建实验平台验证代码的可行性，对代码进行改进；

(1)产品需求分析：连续波泥浆脉冲器工作在狭小、高温高压的地下环境，因此控制方法必须选用鲁棒性好的控制方法，而滑模控制由于可以自行设计，所以充分满足鲁棒性好的特点，另外选用的磁场定向控制将永磁同步电机利用坐标变换的手段，将电动机的定子电流分解成磁场分量电流和转矩分量电流并分别加以控制，即磁通电流分量和转矩电流分量二者完全解耦，从而获得类似于直流调速系统的动态性能，使得控制更加方便；

(2)软件模型分析：根据磁场定向控制以及滑模控制方法的理念，搭建软件模型，且所述软件模型包括中断触发模块、坐标变换模块，滑模控制模块，电流环PI控制模块、SVPWM模块、转速采样模块、AD采样模块、上位机控制模块；

(3)搭建半实物仿真模型：根据所述软件模型分析结果，搭建永磁同步电机控制的半实物仿真模型；

(4)模型的单元测试与集成测试：根据不同的模块搭建出永磁同步电机的FOC控制模型，分别对每个模块进行单元测试，验证其正确性，再对模型做集成测试，排除基本逻辑错误，获得测试合格模型；

(5)与CCS连接生成可执行的代码：将所述测试合格模型与CCS连接生成可执行的代码；

(6)对生成的代码做SIL、HIL测试验证其可行性与可靠性：对所述可执行的代码进行软件在环SIL测试，验证代码的效果；之后进行硬件在环HIL开发与测试，验证代码在实际控制系统中的效果；并根据测试结果对不同模块生成的代码加以改进，获得仿真模型代码；

(7)搭建实验平台验证代码的可行性：依据在仿真模型中调整参数获得的规律经行参数整定，搭建硬件平台，对所述仿真模型代码进行软硬件联调，验证代码可行性。

4.根据权利要求3所述的一种用于连续波泥浆脉冲器的控制系统的开发方法，其特征在于，步骤(2)所述搭建软件模型的方法为，在Matlab中搭建永磁同步电机模型的矢量控制仿真图，具体为：所述转速采样模块的转速环采用基于新型趋近律的控制器，电流环采用PI控制器，经过坐标变换模块与SVPWM模块产生PWM波控制永磁同步电机的运行。

5.根据权利要求3所述的一种用于连续波泥浆脉冲器的控制系统的开发方法，其特征在于，步骤(7)所述硬件平台包括控制板和功率驱动保护组件；其中所述控制板包括DSP最小系统设计单元、编码器信号处理单元、信号采样处理单元、驱动信号单元；所述功率驱动保护组件包括开关电源模块、电流采样单元、PWM光耦隔离与驱动单元、整流单元与逆变单元、故障保护单元。