[发明专利]一种基于模糊切换策略的永磁同步电机复合变结构控制方法

说明书

本发明涉及一种基于模糊切换策略的永磁同步电机复合变结构控制方法，首先，建立永磁同步电机标称模型；其次，设计干扰观测器，对电机速度环外部干扰进行实时估计与补偿，得到干扰估计值；再次，基于多模变结构控制原理设计变结构控制器，通过在响应过程中切换PI与IP控制器，消除超调，保证电机响应速度；然后，基于模糊控制理论建立模糊规则，针对PI与IP控制器切换过程设计模糊切换控制器，保证切换的平滑性；最后，将第二步获得的干扰估计值与变结构控制器输出进行复合，得到基于模糊切换策略的复合变结构控制器，保证电机的跟踪精度。本发明在解决响应速度与超调量无法同时兼顾问题的同时提高永磁同步电机的抗干扰性能，保证速度跟踪精度。

技术领域

本发明属于控制技术领域，具体涉及一种基于模糊切换策略的永磁同步电机复合变结构控制方法。

背景技术

永磁同步电机是一种利用永磁体建立励磁磁场的同步电机，相比其他电机具有显著的优势，如：结构简单、运行可靠、调速范围宽、应用范围广等。近年来，永磁同步电机得到了飞速发展并广泛应用于各种场合，尤其是以高性能和高精度为基本特征的领域，如数控机床、光电转台、雷达卫星、望远镜控制系统等。为使永磁同步电机表现出更优良的性能，对控制系统的要求也越来越高。在工程上，目前电机控制系统最普遍采用的调速控制策略仍然是经典的PID控制，其工作原理是，根据被控量与给定参考指标的偏差，利用比例参数与积分参数，生成控制量，达到缩减误差并消除稳态误差的控制效果。PID控制策略具有结构简单，控制性能好，参数少且物理意义明确等优点，但也带来了响应速度与超调量无法同时兼顾以及抗干扰性能差等问题。而IP控制器通过将比例控制作用移到反馈通道中，减小了传统PI控制器中微分项的作用，有效减小了超调量，但响应速度相对较慢。基于PI与IP设计多模变结构控制器能够综合PI和IP控制器的优点，则能解决这个矛盾。

多模变结构控制器的基本原理兼顾暂态响应的快速性、平稳性和稳态响应的无差性、稳定性，能够对应解决传统线性PI控制器的问题，但常规的多模控制切换又存在着如下问题：(1)多模控制的切换阈值是程序根据事先给定的偏差范围自动切换。阈值应选得恰当，否则不易解决系统响应的快速性与超调的矛盾。(2)在不同的控制器进行切换时，为了使控制量的输出连续，必须保证在该点相互切换的两种控制器的输出控制量应该相等以防止输出量的跃变。实际上，当闭环控制系统由一种控制方式向另一种控制方式进行切换时，要使控制器输出连续是较困难的，因为很难做到使相互切换的两种控制器输出相等并且使它们的输出变化趋势一致。因此常规的多模切换一般难以实现无扰动切换，从而延长了系统的调节时间。因此，基于多模变结构控制原理设计一种合适的多模控制器，对永磁同步电机有着重要意义。

目前，针对永磁同步电机的上述问题，国内外专家学者提出很多控制方法。文章《复合控制一种简便模糊控制方法》设计一种具有模糊切换的复合控制器，根据误差量e的大小调节PID控制器与模糊控制器的输出强度系数，从而实现两种控制器的无扰切换。与常规复合控制器相比，该复合控制在响应速度和超调量方面均有优化，但并未完全消除超调。公开号为CN104880944A的专利提出了一种变结构控制形式，可以实现在PI和IP控制器之间的切换，但其主要针对的是解决超调量与跟踪连续变化输入的问题，并未充分考虑外部干扰的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对永磁同步电机使用传统线性PI控制器时响应速度与超调量无法同时兼顾以及抗干扰性能差的问题，提供一种基于模糊切换策略的永磁同步电机复合变结构控制方法，消除超调，实现无扰切换，保证响应速度与速度跟踪精度，同时提高永磁同步电机抗干扰性能。该方法具有结构简单、抗干扰能力强和易于实现等优点。