[发明专利]一种基于有机械联接的双永磁同步电机协调控制优化方法

摘要

本发明公开了一种基于有机械联接的双永磁同步电机协调控制优化方法，通过设计单永磁同步电机的控制算法、确定双电机驱动系统的同步控制结构、建立双永磁同步电机动态数学模型、将数学模型写成奇异摄动系统的形式、分解子系统、分解最优状态调节问题和性能指标、求解子系统Riccati方程、子系统最优解合并为主系统的最优解，从而实现对双永磁同步电机协调控制的优化；可实现通过减少电机间的同步误差来实现双永磁同步电机协调控制，而不是依靠实现单台电机的跟踪误差和控制精度来实现电机间协调控制；设计简单、容易理解、计算量小、实用性强；利用奇异摄动理论降低了系统的求解阶次更加减小了系统设计时的计算量。

主权项

一种基于有机械联接的双永磁同步电机协调控制优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S10、设计单永磁同步电机的控制算法：建立单台PMSM在d‑q坐标系下的动态数学模型：diddt=-RsLsdid+LsqLsdωiq+1Lsduddiqdt=-LsdLsqωid-RsLsqiq-1Lsqωφf+1Lsquqdωdt=np2J(Lsd-Lsq)idiq+np2Jφfiq-npJTl-BJω;]]>S20、选择两台电机的联接特点，确定双电机驱动系统的同步控制结构：在单台电机数学模型的基础上，得到两耦合永磁同步电机数学模型为：did1dt=-Rs1Lsd1id1+Lsq1Lsd1ω1iq1+1Lsd1ud1diq1dt=-Lsd1Lsq1ω1id1-Rs1Lsq1iq1-1Lsq1ω1φf1+1Lsq1uq1dω1dt=np12J1{(Lsd1-Lsq1)id1iq1+φf1iq1}-np1J1(Tl1+r2k∫0t(ω1-ω2)dτ)-B1J1ω1did2dt=-Rs2Lsd2id2+Lsq2Lsd2ω2iq2+1Lsd2ud2diq2dt=-Lsd2Lsq2ω2id2-Rs2Lsq2iq2-1Lsq2ω2φf2+1Lsq2uq2dω2dt=np22J2{(Lsd2-Lsq2)id2iq2+φf2iq2}-np2J2(Tl2+r2k∫0t(ω2-ω1)dτ)-B2J2ω2;]]>S30、建立双永磁同步电机驱动系统的协调控制下的动态数学模型，后写成状态空间形式：数学模型为：diq1dt=-Rs1Lsq1iq1-1Lsq1ω1φf1+1Lsq1uq1dω1dt=np12J1φf1iq1-np1J1(Tl1+r2k∫0t(ω1-ω2)dτ)-B1J1ω1diq2dt=-Rs2Lsq2iq2-1Lsq2ω2φf2+1Lsq2uq2dω2dt=np22J2φf2iq2-np2J2(Tl2+r2k∫0t(ω2-ω1)dτ)-B2J2ω2;]]>状态空间形式为：S40、根据奇异摄动理论，将步骤S30中的数学模型写成奇异摄动系统的形式，将系统中慢、快变量分别提出来：将两电机的电流作为快变量，转速等状态作为慢变量；奇异摄动线性时变系统为：x·1=A11x1+A12x2+B1uμx·2=A21x1+A22x2+B2uy=C1x1+C2x2;]]>S50、将奇异摄动系统分解成慢、快两个子系统：慢子系统为：快子系统为：S60、将奇异摄动系统的最优状态调节问题和性能指标分解为慢、快两个子系统调节问题：奇异摄动线性时变系统的最优状态调节问题和性能指标为：J=12∫0∞(y′y+u′Ru)dt,R>0;]]>提取两个二次性能指标，将奇异摄动线性时变系统的最优状态调节问题和性能指标分解为慢子系统：以及快子系统：S70、通过求解两个子系统的Riccati方程，得到慢、快两个子系统的最优解：通过：0=-Ks(A0-B0R0-1D0′C0)-(A0-B0R0-1D0′C0)′Ks+KsB0R0-1B0′Ks-C0(I-D0R0-1D0′)C0;]]>0＝‑KfA22‑A22′Kf+KfB2R‑1B′2Kf‑C′2C2；求解慢、快两个子系统的的Riccati方程，得到Ks和Kf，从而通过：us=-R0-1(D0′C0+B0′Ks)xs;]]>uf＝‑R‑1B′2Kfxf；得出慢、快两个子系统的最优解us,uf；S80、通过慢、快两个子系统的最优解合并成双永磁同步电机驱动系统的最优解，实现对双永磁同步电机协调控制的优化：系统的补偿输入电压参压uc＝us+uf用于奇异摄动线性时变系统，将其与奇异摄动线性时变系统中的驱动电压相加，电机接收信号并实时调整转速和电流；如此周而复始，实现对双永磁同步电机协调控制的优化：uc=-[(I-R-1B2′KfA22-1B2)R0-1(D0′C0+B0′Ks)+R-1B2′KfA22-1A21]x1-R-1B2′Kfx2.]]>