[发明专利]一种基于动态面的永磁同步电机自适应滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种基于动态面的永磁同步电机自适应滑模控制方法，包括如下步骤：建立具有时变时滞的永磁同步电机标准化模型；将在处理未知扰动和未知系统动态上具有逼近功能的单权值RBF神经网络应用到控制器设计中；从而在backstepping框架内进行自适应滑模控制器的设计,通过引入一阶低通滤波器来处理传统backstepping控制中“微分项爆炸”的问题，采用快速终端滑模面来进一步提高跟踪精度并获得更好的性能，在融合快速终端滑模面、一阶低通滤波器和RBF神经网络的情况下，提出自适应滑模控制方法。本发明降低了系统精确建模和参数精准测量的要求，简化了控制器设计，克服了外界扰动、混沌振荡和时变时延对系统的影响，提高系统的运行稳定性和运动精度。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机，尤其涉及一种基于动态面的永磁同步电机自适应滑模控制方法。

背景技术

永磁同步电机因具有节能、效率高、体积小、结构简单和寿命长等优点而应用到机器人、机床控制系统中，然而，当它在受到系统参数扰动、外部干扰等不确定性因素的影响时会表现出丰富的动态现象，如极限环和混沌行为。其中，混沌行为会直接破坏整个电机系统的稳定性和可靠性。关于永磁同步电机的控制方法，先前大多数学者都以精确动力学模型为基础，较少考虑参数的变化、不确定有界扰动与未知增益对永磁同步电机性能的影响。例如，传统矢量控制与直接转矩控制等方法虽然改善了永磁同步电机的性能，然而它们大多都建立在工程基础之上，没有从理论上给出完整的证明，同时也未能从本质上处理好永磁同步电机的非线性控制问题。

为了更好的改善永磁同步电机的动静态性能，考虑非线性因素的影响，基于智能控制思想的电机控制技术得到越来越多的关注。智能控制技术克服了永磁同步电机传动系统的参数时变、负载扰动、时滞和系统非线性等不利因素，增强了系统的鲁棒性。自适应积分滑模控制器不但改善了永磁同步电机的位置跟踪精度，而且提高了系统鲁棒性，但滑模系统在滑模面上不再具有降阶特性，同时滑模技术容易产生抖振现象。模糊控制理论能够更加逼真地模仿专家和熟练工人的实际控制经验和方法，实现永磁同步电机高性能控制，然而利用单一模糊控制器来控制高精度的电机传动系统使得其动态响应不能被控制，因此并不能得到十分满意的控制效果。

单一控制技术的应用都受到自身固有特性的制约，从而使得多种智能控制技术相互融合后共同控制永磁同步电机成为一种趋势。同时，为了满足电机的高品质控制要求，同时出于对电机安全性和现实工艺要求考虑，时滞、混沌和参数不确定俨然成为系统控制器设计中无法忽略的重要因素。因而研究其先进的控制方法抑制极限环、混沌和时变时延现象，抵抗外界干扰，提高永磁同步电机的动静态性能，具有重要的理论研究意义和工程应用价值。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种基于动态面的永磁同步电机自适应滑模控制方法，该方法克服了混沌振荡和时变时延对系统的影响，提高了系统的运行稳定性和运动精度。

技术方案：本发明的控制方法包括如下步骤：

步骤1、建立永磁同步电机标准化模型；

步骤2、采用具有单权值的RBF神经网络，并将其应用到控制器设计中；

步骤3、自适应滑模控制器设计。

所述步骤1具体为：

其中，γ＝-ψ_r/(kL),u_q和u_d表示标准化q-轴和d-轴定子电压，T_L表示标准化负载转距，σ和γ表示系统参数。

所述步骤2具体为：

引入新变量x₁＝ω,x₂＝i_q,x₃＝i_d，将具有时变时滞的永磁同步电机数学模型简化为