[发明专利]一种多电机总量协同有限时间抗饱和控制方法

说明书

本发明提供了一种多电机总量协同有限时间抗饱和控制方法，包括以下步骤：S1、依据总量一致的理论和永磁同步电机旋转坐标系下的方程推导出电机的状态方程；S2、根据S1中电机状态方程的参数，设计了有限时间收敛的辅助抗饱和系统；S3、根据S1中电机状态方程和总量一致的理论，构造了误差动力学方程，S4、根据S2中有限时间收敛的辅助抗饱和系统和S3中误差动力学方程，基于非奇异终端滑模设计总量协同有限时间控制器，并简化了加幂积分参数；S5、根据加幂积分技术和有限时间李雅普诺夫稳定定理完成总量协同有限时间控制器的稳定性证明并且求得有限时间上界。本发明削弱了输入饱和对整体牵引性能的影响，为实际工程利用提供了便利。

技术领域

本发明涉及多电机牵引系统领域，更具体地，涉及一种多电机总量协同有限时间抗饱和控制方法。

背景技术

多永磁同步电机共同提供动力是电力机车常见的驱动方式。机车复杂多变的运行环境常常引起一个或多个电机牵引性能的损失。经典的控制是运用同步控制或一致性算法，实现系统中个体状态(如速度、位置等)的同步。而近几年为了保证机车整体牵引性能，总量一致的理论在多电机牵引系统中被提出，即实现各电机输出转矩之和与总牵引特性曲线的一致。但以上所提出的控制率大多只能达到渐近稳定的结果，而有限时间控制则收敛更快，精度更高和鲁棒性更强。结合加幂积分终端滑模技术，保证了控制器的连续与非奇异，又可严格求取有限时间上界。但加幂积分技术由于其在证明过程中大量使用了不等式放缩，导致其参数的强约束。因此，针对加幂积分参数简化方面进行研究，并保证系统全局有限时间稳定，就可有效增强控制策略的工程实用性。

同时，考虑工程中各电机的参数摄动和负载转矩扰动，构建了基于滑模变结构的牵引转矩控制，以提高各电机的动态响应性能。但其较大的滑模切换增益和加幂积分中参数的约束，极易导致控制输入饱和问题。饱和问题是一个非线性问题，会影响系统的动态性能，致使系统不稳定，甚至造成器件的损坏。目前针对输入饱和问题的研究非常广泛：利用数学上相关函数处理饱和；设计静态或动态抗饱和补偿器削弱饱和影响；将饱和约束转化为带有线性矩阵不等式约束的优化问题等等。针对复杂的多电机牵引系统，滑模切换增益及加幂积分参数的强约束均易引起控制输入饱和问题，尤其在基于总量一致的理论中，多电机的输入饱和问题更加突出，更加复杂。因此，结合先进的抗饱和技术，解决复杂多电机系统中的饱和问题就极具有工程意义。

发明内容

本发明针对现有技术中复杂的多电机牵引系统，特别是基于总量一致下的输入饱和问题，提供一种多电机总量协同有限时间抗饱和控制方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多电机总量协同有限时间抗饱和控制方法，包括以下步骤：

S1、依据总量一致的理论以及永磁同步电机旋转坐标系下的方程，考虑实际中电阻、电感变化引起的参数摄动及负载转矩扰动，推导出电机的状态方程；

S2、根据电机状态方程的参数，设计有限时间收敛的辅助抗饱和系统；

S3、根据S1中电机状态方程和总量一致的理论，构造了误差动力学方程；

S4、根据S2中有限时间收敛的辅助抗饱和系统和S3中所述误差动力学方程，基于非奇异终端滑模设计总量协同有限时间控制器，并简化了加幂积分参数；

总量协同有限时间控制器为：

其中，抗饱和系数c_2j＞0，滑模参数K_j≥α₁^1/q-2D_j，加幂积分参数简化为α₁＞0，α₂＞0。

S5、根据加幂积分技术和有限时间李雅普诺夫稳定定理完成总量协同有限时间控制器的稳定性证明并且求得有限时间上界。

进一步地，在步骤S1中电机的状态方程为：