[发明专利]考虑输入饱和的永磁同步电动机命令滤波离散控制方法

说明书

本发明属于永磁同步电动机位置跟踪控制技术领域，具体公开了一种考虑输入饱和的永磁同步电动机命令滤波离散控制方法。该方法针对永磁同步电动机容易出现的输入饱和问题，同时结合欧拉方法建立永磁同步电动机离散系统模型；在传统的反步法中引入命令滤波控制技术，克服了反步控制算法中存在的“计算复杂性”问题；利用径向基函数神经网络处理永磁同步电动机离散系统中的高阶非线性项，构造了考虑输入饱和的永磁同步电动机离散系统命令滤波控制器；本发明方法能够克服输入饱和的影响并且保证理想的控制效果，实现了电机快速平稳运行。

技术领域

本发明属于永磁同步电动机位置跟踪控制技术领域，尤其涉及一种考虑输入饱和的永磁同步电动机命令滤波离散控制方法。

背景技术

近几年来，随着信息技术，自动化技术以及微电子技术的迅速发展，永磁同步电动机普遍应用于工农业生产中。与传统的电动机相比，永磁同步电动机具有结构简单、体积小、效率高等优点，在冶金行业、陶瓷行业和纺织行业等中、低压电动机中获得业绩，并逐步积累设计和总结经验，使永磁同步电动机不断改进。永磁体产生永磁同步电动机的磁场，从而避免通过励磁电流产生的磁场而导致的励磁损耗，使电动机的损耗低，降低了生产成本，提高电动机的运行效率；永磁同步电动机具有较大的功率因数，电动机满负载时功率因数接近1，且与级数无关，电动机电流小、铜耗少，提高了电动机运行的可靠性，因而在各个领域普遍应用，故对其研究具有重要意义。

然而由于永磁同步电动机数学模型具有高度非线性以及多变量等特点，并且永磁同步电动机的运行对参数的变化以及外部负载扰动等因素敏感，因此，要实现永磁同步电动机的有效控制是一项具有挑战性工作。

近年来，非线性控制方法取得突飞猛进的发展，如反步法控制、滑模控制、自适应控制和其它的一些先进控制方法。然而，这些技术多数考虑永磁同步电动机连续系统，针对其离散系统的控制算法较少。由于实际的工程系统大多采用离散控制技术，如数字计算机控制领域，而且离散的控制算法在可实现性和稳定性上优越于连续算法。因此，针对永磁同步电动机离散系统构建控制方法有着十分重要的现实意义。另一方面，永磁同步电动机开始启动时导致电压突然升高，超过设备可承受的范围，使控制系统性能下降，导致设备损坏甚至对人身安全造成严重的危害，需要对电压进行约束。因此在永磁同步电动机的位置控制过程中考虑输入饱和具有一定的实际意义。

另外，反步法已经被广泛应用到永磁同步电动机控制系统中，并取得了良好的控制效果。然而，传统反步法对虚拟控制变量进行反复求差分容易产生“计算复杂性”问题。因此，在设计控制器的过程中引入命令滤波技术能有效的解决上述问题。此外，对于一些具有高度非线性和参数不确定的高阶系统，非线性项会导致控制器设计变得十分复杂，不利于计算机控制系统的在线控制，相关研究已经提出了模糊逻辑系统(FLS)或神经网络(NN)等近似理论，将系统简单化，从而使控制器的设计更简单。

发明内容

本发明的目的在于提出一种考虑输入饱和的永磁同步电动机命令滤波离散控制方法，该方法考虑了永磁同步电动机离散系统运行中易出现的输入饱和问题，利于实现电动机快速稳定的位置跟踪控制。本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

考虑输入饱和的永磁同步电动机命令滤波离散控制方法，包括如下步骤：

a.建立永磁同步电动机离散系统动态数学模型；

在同步旋转坐标系下，永磁同步电动机离散系统动态数学模型表示为：

式(1)中，k为永磁同步电动机离散系统的步数；

Θ(k)、Θ(k+1)分别表示永磁同步电动机离散系统第k步、k+1步的转子角度；

ω(k)、ω(k+1)分别表示永磁同步电动机离散系统第k步、k+1步的角速度；