[发明专利]基于U-K理论的永磁同步电机角度轨迹约束跟踪控制方法

说明书

本发明公开了基于U‑K理论的永磁同步电机角度轨迹约束跟踪控制方法，操作步骤为：S1、利用拉格朗日动力学方程建立表永磁同步电机的的动力学模型；S2、基于本发明公开的控制方法设计表贴式永磁同步电机的控制系统模型；S3、在MATLAB/Simulink中建立应用本发明所公开的控制方法的控制仿真模型；S4、通过仿真与实验，分析在使用本发明所公开的控制方法时，永磁同步电机的角度及角速度跟踪误差，以及误差收敛情况。本发明具有创新性、仿真与实验依据，可解决现有永磁同步电机运动控制中初始条件不相容问题及受不确定性影响较大等问题，对永磁同步电机控制系统的设计具有重大的指导意义。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机的控制方法技术领域，具体为基于U-K理论的永磁同步电机角度轨迹约束跟踪控制方法。

背景技术

在交流电机驱动中，永磁同步电机因其功率密度高、效率高、扭矩-安培比大等优点，近年来受到研究人员和不同行业的关注。作为一种高性能的电机，它具有动态响应快、跟踪精度高、易于实现、运行不受电机参数变化的影响、转矩脉动小等主要特点。为了充分发挥永磁同步电机的这些优势，人们提出了许多方法来控制电机的特性，其中最常用的有矢量控制、直接转矩控制、模型预测控制、PID控制等方法。

随着伺服控制技术的不断发展，出现了许多针对永磁同步电机位置轨迹伺服的控制算法，但这些控制算法大都抗干扰性较一般，受到不确定性影响时，系统稳定性和性能都较容易受到影响。

发明内容

本发明的目的在于提供基于U-K理论的永磁同步电机角度轨迹约束跟踪控制方法，解决了随着伺服控制技术的不断发展，出现了许多针对永磁同步电机位置轨迹伺服的控制算法，但这些控制算法大都抗干扰性较一般，受到不确定性影响时，系统稳定性和性能都较容易受到影响的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于U-K理论的永磁同步电机角度轨迹约束跟踪控制方法，具体步骤如下：

S1、利用拉格朗日动力学方程建立永磁同步电机的的动力学模型；

S2、基于本发明公开的控制方法设计永磁同步电机的控制系统模型；

S3、在MATLAB/Simulink中建立应用本发明所公开的控制方法的控制仿真模型，进行仿真验证，继而再进行实物实验；

S4、通过仿真与实验，分析在使用控制方法时，永磁同步电机的角度及角速度跟踪误差，以及误差收敛情况。

所述步骤S1具体步骤如下：

针对永磁同步电机，不考虑电机转子与轴承之间的摩擦因素，对模型进行简化，利用常规的拉格朗日动力学方程建立永磁同步电机的动力学模型如下：

其中：t∈R表示时间，H(q，t)∈R^m×n是永磁同步电机的惯性矩阵项，表示离心力和哥式力，是外部因素，q∈Rⁿ是电机转子的旋转角度，τ(t)是控制输入(电磁转矩)；上述拉格朗日动力学模型(1)中的H(q，t)，和表达式具体如下：

H(q，t)＝J (2)

其中J表示永磁同步电机的转动惯量，B表示电机的粘性摩擦系数，T_ld表示电机输出轴端的外接负载矩。

所述步骤S2具体步骤如下：

根据U-K理论，定义永磁同步电机转子的期望角度约束函数如下：

D(q，t)q＝q_d(t) (5)

D(q，t)表示约束方程的系数矩阵，q表示广义坐标角位移，q_d(t)表示期望角度约束；