[发明专利]一种基于障碍李雅普洛夫函数的永磁电机自适应控制方法

权利要求书

1.一种基于障碍李雅普洛夫函数的永磁电机自适应控制方法，其特征在于以下步骤：

步骤S10，测量永磁同步电机的转子的位置、转速与三相电流中两相电流，并对两相电流进行坐标变换如下：

θ_e＝p_nθ_m；

其中i_a、i_b为通过霍尔电流传感器检测得到的永磁同步电机三相电流信号。i_α、i_β为对三相电流中的i_a、i_b进行Clarke变换后得到两相静止坐标系中的定子电流，i_q与i_d分别为i_α、i_β进行Prak变换后得到两相旋转坐标系d、q轴定子电流信号；θ_e由转子位置的测量值θ_m进行变换得到；其中p_n为电机极对数。θ_m为通过位置检测传感单元，测量永磁同步电机转子的位置信号；

步骤S20，采用速度检测传感单元测量永磁同步电机转子转速信号，根据电机任务，设定期望转速信号，然后采用转子转速信号与期望转速信号比较得到转速误差信号，并设置两个李雅普洛夫函数速度障碍点，并求解绝对值转速障碍误差信号与非线性转速障碍误差信号，然后根据两个李雅普洛夫函数速度障碍点与转速误差信号、绝对值转速障碍误差信号进行分段切换积分，分别得到绝对值转速障碍误差上积分、绝对值转速障碍误差中积分、绝对值转速障碍误差下积分信号；再根据两个李雅普洛夫函数速度障碍点与转速误差信号、绝对值转速障碍误差信号与非线性转速障碍误差信号进行分段切换积分，分别得到非线性转速障碍误差上积分、非线性转速障碍误差中积分、非线性转速障碍误差下积分信号；

e_ω＝ω_m-ω_mc；

其中ω_m为速度检测传感单元测量永磁同步电机转子的转速信号；ω_mc为根据电机任务设定的期望转速信号；e_ω为转速误差信号，e_ω1为绝对值转速障碍误差信号，e_ω2为非线性转速障碍误差信号；ω_m1与ω_m2为根据电机转速保护需求设置的两个李雅普洛夫函数速度障碍点，且ω_m1＞ω_m2；s_ω12为绝对值转速障碍误差上积分、s_ω11为绝对值转速障碍误差中积分、s_ω13为绝对值转速障碍误差下积分信号；s_ω22为非线性转速障碍误差上积分、s_ω21为非线性转速障碍误差中积分、s_ω23为非线性转速障碍误差下积分信号、ε₁、ε₂为常值参数；

步骤S30，采用所述的转速误差信号叠加绝对值转速障碍误差信号、绝对值转速障碍误差上积分、绝对值转速障碍误差中积分、绝对值转速障碍误差下积分信号形成d轴电流期望信号，并与经过Prak变换后得到两相旋转坐标系d轴定子电流信号进行比较，得到d轴电流误差信号；采用d轴电流误差信号通过一阶滤波器得到d轴电流误差一阶滤波信号；同时将d轴电流误差信号通过二阶微分整流器，得到d轴电流误差二阶微分整流信号；对d轴电流误差信号进行柔化变换得到d轴电流误差柔化信号，对d轴电流误差信号进行非线性变换得到d轴电流误差非线性信号；然后采用d轴电流误差信号、叠加d轴电流误差一阶滤波信号、d轴电流误差二阶微分整流信号、以及d轴电流误差柔化信号、d轴电流误差非线性信号形成q轴定子电压控制信号。

i_dx＝k₁e_ω+k₂e_δ1+k₃s_δ11+k₄s_δ12+k₅s_δ13；

e_d＝i_d-i_dx；

u_q＝k₆e_d+k₇z₁+k₈z₂+k₉u_a1+k₁₀u_a2；

其中i_dx为d轴电流期望信号、e_d为d轴电流误差信号、z₁为d轴电流误差一阶滤波信号、z₂为d轴电流误差二阶微分整流信号、s为传递函数的微分算子，T₁、T₂、T₃为传递函数的常值参数；u_a1为d轴电流误差柔化信号、u_a2为d轴电流误差非线性信号、u_q为q轴定子电压控制信号；k₁、k₂、k₃、k₄、k₅、k₆、k₇、k₈、k₉、k₁₀、ε₃为常值参数；

步骤S40，采用所述的转速误差信号叠加绝对值转速障碍误差信号、非线性转速障碍误差信号、非线性转速障碍误差上积分、非线性转速障碍误差中积分、非线性转速障碍误差下积分信号形成q轴电流期望信号，并与经过Prak变换后得到两相旋转坐标系q轴定子电流信号进行比较，得到q轴电流误差信号；采用q轴电流误差信号通过一阶滤波器得到q轴电流误差一阶滤波信号；同时将q轴电流误差信号通过二阶微分整流器，得到q轴电流误差二阶微分整流信号；对q轴电流误差信号进行积分变换得到q轴电流误差积分信号，对q轴电流误差信号进行非线性变换得到q轴电流误差非线性信号；然后采用q轴电流误差信号、叠加q轴电流误差一阶滤波信号、q轴电流误差二阶微分整流信号、以及q轴电流误差积分信号、q轴电流误差非线性信号形成电流误差滑模信号。

i_qx＝d₁e_ω+d₂e_ω2+d₃s_ω21+d₄s_ω22+d₅s_δ23；

e_q＝i_q-i_qx；

z₅＝∫e_qdt；

s_a＝d₆e_q+d₇z₃+d₈z₄+d₉z₅+d₁₀u_a3；

其中i_qx为q轴电流期望信号、e_q为q轴电流误差信号、z₃为q轴电流误差一阶滤波信号、z₄为q轴电流误差二阶微分整流信号，z₅为q轴电流误差积分信号、u_a3为q轴电流误差非线性信号、s_a为电流误差滑模信号；d₁、d₂、d₃、d₄、d₅、d₆、d₇、d₈、d₉、d₁₀为常值参数；

步骤S50，根据所述的电流误差滑模信号设计转速误差补偿信号、绝对值转速障碍误差补偿信号，非线性转速障碍误差补偿信号、d轴电流误差补偿信号、q轴电流误差补偿信号，并设计补偿系数的自适应更新规律；并由电流误差滑模信号与非线性转速障碍误差信号以及q轴电流误差补偿信号组合进行非线性变换，得到组合误差滑模非线性变换信号，并叠加电流误差滑模信号、转速误差补偿信号、绝对值转速障碍误差补偿信号，非线性转速障碍误差补偿信号、q轴电流误差补偿信号、q轴电流误差补偿信号形成最终的d轴定子电压控制信号；再根据所述的q轴定子电压控制信号、d轴定子电压控制信号、进行Park逆变换，得到两相静止坐标系下的定子控制电压，输出给同步电机，实现同步电机的转速控制；

u_d＝d₁₁s_a+d₁₂u_a4+w₁+w₂+w₃+w₄+w₅；

其中w₁为转速误差补偿信号，w₂为绝对值转速障碍误差补偿信号，w₃为非线性转速障碍误差补偿信号，w₄为d轴电流误差补偿信号，w₅为q轴电流误差补偿信号；为转速误差补偿系数，为绝对值转速障碍误差补偿系数，为非线性转速障碍误差补偿系数，为d轴电流误差补偿系数，为q轴电流误差补偿系数，k_a1、k_a2、k_a3、k_a4与k_a5为常值参数，用于调节补偿系数更新速度的快慢；d₁₁与d₁₂为常值控制参数；u_a4为组合误差滑模非线性变换信号，u_d为d轴定子电压控制信号；u_α、u_β为两相静止坐标系中的α、β轴定子控制电压。