[发明专利]用于四旋翼无人机电机的滑模控制方法

摘要

本发明涉及一种直流无刷电机的非线性控制方法，为提出一种基于SMC(滑模鲁棒控制)的闭环BLDC(直流无刷电机)控制方法，提高电机的响应速度和抗干扰能力，实现对旋翼式无人机的精确控制。本发明采用的技术方案是，用于四旋翼无人机电机的滑模控制方法，建立四旋翼无人机的无刷直流电机的数学模型，通过采集电机的三相端电压值计算反电动势的过零点，实现对电机的无传感器驱动；由电机的换相时间获取转速信息，采用SMC控制器实现闭环调速控制。本发明主要应用于直流无刷电机设备的设计制造场合。

主权项

1.一种用于四旋翼无人机电机的滑模控制方法，其特征是，建立四旋翼无人机的无刷直流电机的数学模型，通过采集电机的三相端电压值计算反电动势的过零点，实现对电机的无传感器驱动；由电机的换相时间获取转速信息，采用SMC控制器实现闭环调速控制；所述的采用SMC控制器实现闭环调速控制方法具体步骤是：由于相邻的两次反电动势过零点对应转子转过的机械角度值可测且相等，得到：式(13)中：θ为相邻两块永磁体中性点相距的机械角度，Δt为相邻两次反电动势过零的时间之差；定义转速误差e及其滤波误差x：e＝ω‑ω_d   (14)其中ω_d为期望的电机转速，将式(15)代入式无刷直流电机的二阶微分方程得到：其中d为未知负载扰动，辅助函数和定义如下：式中：T_l为负载转矩；J为转动惯量；B为阻尼系数；K_t为转矩系数，L₂为线电感；K_e为反电动势系数；ω为电机角速度，u为电机端电压，i为相电流，r₂为线电阻；这里假设：d为连续可微信号，且对时间的二阶导数有界，即d∈C²   (19)考虑电机的各项参数以及负载已知，为实现控制目标，设计控制输入为：将式(20)代入式(16)得：其中sgn(·)为如下分段函数：