[发明专利]一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法，包括在直流母线电压的控制环引入预设性能函数，利用预设性能函数使得直流母线电压的跟踪误差被限制在预设性能函数的边界内，同时构建Lyapunov函数V₁并根据V₁配置虚拟控制器和变换器，并求解变换器的跟踪误差；根据变换器的跟踪误差建立分数阶滑模面；根据分数阶滑模面设计参数自适应律，利用参数自适应律对未知参数进行估计。本发明利用预设性能函数对直流母线电压的跟踪误差进行约束，使其稳定在预设的边界中；在电流控制环路中建立分数阶滑模控制单元，解决了终端滑模带来的电压抖动；利用参数自适应率对未知参数进行在线估计，解决了建模误差以及参数的不确定性给控制器带来较大影响的问题。

技术领域

本发明涉及船舶电力控制技术领域，尤其是指一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法及系统。

背景技术

船舶电力系统用于为全船提供电力，涵盖了电力的生成、输送、分配与使用的全过程，是船舶动力系统的重要组成部分。随着船舶日趋大型化及海洋工程设备应用的复杂化，船舶电力系统的容量也在日益增大。同时，系统中经常会有大负载设备投入使用，这些设备对瞬时电能的需求非常大，这就要求船舶电力系统能够提供瞬时的脉冲功率，否则，将会引起电网电压的大幅度低落，严重者造成电网的崩溃。常规的电力系统一般很难面对这样复杂的工况，迫切需要对现有的电力系统进行改进。目前广泛采用的方案是引入储能系统作为脉冲负荷的缓冲，以此弥补发电机供电的不足，从而提高船舶电力系统的安全性与稳定性。储能系统、发电机组通过功率变换器连接到公共直流母线上，其中为功率变换器设计优越性能的控制器是维持直流母线电压稳定性的重要手段。

在控制器设计的过程中，为了削弱滑模的抖振来提高控制性能，国内外研究学者做了大量的研究工作，例如，Slotine等人通过利用饱和函数替换了传统的切换函数的方法，使得滑模面处进入边界层之内后变为连续状态的反馈控制，有效地削弱了抖振。除此之外还有采用指数趋近律、对控制信号进行平滑滤波、干扰观测器估计外界干扰与不确定项、模糊规则调整滑模控制参数、神经网络逼近外界干扰、遗传算法优化控制器参数等。

但是在工程实际应用中，上述方法往往无法准确地建立被控对象的数学模型，模型中参数的不确定性是阻碍控制器取得良好控制效果的主要因素，模型中不确定的参数可以分为两类：一类是线性化参数；另一类是非线性参数。对于前者而言一般采用鲁棒控制和反步法，而对于后者而言是相当难处理，从而导致建模误差以及参数的不确定性给控制器带来较大的影响。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种预设性能自适应分数阶滑模控制方法，包括：

步骤一：在直流母线电压的控制环引入预设性能控制单元，所述预设性能控制单元包括定义预设性能函数，利用所述预设性能函数使得所述直流母线电压的跟踪误差始终被限制在所述预设性能函数的边界之内，同时构建Lyapunov函数V₁并根据V₁配置虚拟控制器和变换器，并求解所述变换器的跟踪误差；

步骤二：根据所述变换器的跟踪误差建立分数阶滑模控制单元，所述分数阶滑模控制单元包括定义分数阶滑模面；

步骤三：根据所述分数阶滑模面设计基于投影算子的参数自适应估计单元，所述参数自适应估计单元包括确定参数自适应律，利用所述参数自适应律对未知参数进行实时估计。

在本发明的一个实施例中，步骤一中在直流母线电压的控制环引入预设性能控制单元，所述预设性能控制单元包括定义预设性能函数，利用所述预设性能函数使得所述直流母线电压的误差始终被限制在所述预设性能函数的边界之内的方法包括：

选择所述直流母线电压U_dc作为被控对象，确定所述直流母线电压U_dc与额定参考电压的误差e₁，