[发明专利]双向耦合永磁同步电机的自适应漏斗反演控制方法

说明书

本发明涉及一种双向耦合永磁同步电机的自适应漏斗反演控制方法，属于永磁同步电机领域。该方法包括：S1：基于分数阶特性和基尔霍夫电路定律，建立双向耦合的主从动永磁同步电机分数阶同步模型；S2：设计自适应漏斗反演控制器，包括：设计的漏斗边界函数、双曲正切跟踪微分器和事件触发机制，并结合层次神经网络的逼近能力，保证从动永磁同步电机和主动永磁同步电机在两个工作条件下完全实现同步，而且服从约束边界。本发明解决了传统反演设计中的“复杂项爆炸”问题，节约了网络资源。

技术领域

本发明属于永磁同步电机领域，涉及一种双向耦合永磁同步电机的自适应漏斗反演控制方法。

背景技术

在过去几年中，作为现代高性能交流伺服系统之一，永磁同步电机具有高分辨率、调速范围宽、低速运行稳定等特点，因此它被广泛地应用在工业机器人、机床、车辆和泵送装置中。对于大惯性、大功率负载，单个/孤立永磁同步电机在固定条件下不能满足驱动力和输出功率的要求。因此，如何实现多永磁同步电机的同步控制以共同驱动负载已成为伺服系统研究领域的一大热点。同时，若永磁同步电机的系统参数处于动力学特性的不稳定区域，随着时间的推移，温度、磨损、内外扰动将会进一步产生有害的振动。此外，由于实际工况的多样性和苛刻条件，在保证高同步和跟踪能力的前提条件下，还需要满足给定的约束条件、降低通信速度的控制设计变得极其困难。

对其动力学分析和控制器设计来说，系统建模是最基础也是最重要的一个部分。在传统的整数阶研究领域中，学者们对单个/孤立永磁同步电机的系统建模和非线性分析进行了研究。一些学者将其拓展到了分数阶领域，Li等研究了不对称分数阶永磁同步电机的混沌行为。Zhou等通过单个输入研究了分数阶混沌无刷直流电机的稳定性。Rajagopal等揭示了无刷直流电机的动力学特性并且设计了一种分数阶混沌无刷直流电机控制器。然而，这些工作仅限于没有相互作用机制的单个/孤立的永磁同步电机，这并不能满足现代工业的需要。同时，这些控制策略过度依赖于系统的精确建模。多电机同步的目的是实现在运行过程中每个电机高性能的负载跟踪和速度同步。混沌同步是指一个混沌系统的运动轨迹能够有效地收敛于另一个混沌系统的运动轨迹。显然，上述混沌在许多情况下都是有害的，因为它会破坏动力系统的平衡和稳定性，因此不能直接产生同步。但同步问题与单个/孤立永磁同步电机在特定条件下产生混沌振荡引起的混沌有关，这突出了分数阶双向耦合永磁同步电机动力学分析的重要性和必要性。

从分数阶计算理论应用在反演技术中以来，由于具有更高的设计自由度，针对非线性系统，学者们提出了很多分数阶反演控制方案。Liu等研究了具有执行器故障的分数阶非线性系统的自适应神经网络反演控制。Li等针对具有外部扰动和不确定参数的分数阶非线性系统，设计了一种自适应反演控制器。然而，在没有考虑性能约束和通信限制的情况下，传统反演技术中的“复杂项爆炸”问题并没有得到很好的解决，并且随着单个/孤立系统个数的增加而变得越来越明显。同时，双向耦合永磁同步电机完全不同于以上提到的一系列单个/孤立的非线性系统。当双向耦合永磁同步电机面临混沌振荡和大电流振幅时，它们在具体的环境下是失效的。针对“复杂项爆炸”，Zhang等建立了具有输出约束和时滞的永磁同步电机的神经自适应输出跟踪规定性能控制方法。Luo等设计了跟踪差分器，并进一步提出了分数阶自持式机电地震仪系统加速稳定控制方法。然而，它们单个/孤立的非线性系统不涉及同步控制和耦合问题，并且没有使用事件触发机制。

目前，大部分研究局限于单个/孤立永磁同步电机的建模和动力学分析，且在整数阶微分积分领域，因此亟需对双向耦合的不同永磁同步电机的相关动力学特性进行研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双向耦合永磁同步电机的自适应漏斗反演控制方法，不仅确保了从动永磁同步电机的运动轨迹在有限时间内以微小的误差快速的收敛于主动永磁同步电机的运动轨迹，还实现了性能约束和由于减少了通信频率从而占用更少的信道带宽的目标。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双向耦合永磁同步电机的自适应漏斗反演控制方法，具体包括以下步骤：