[发明专利]一种工业机器人用永磁同步电机模糊自抗扰控制方法

摘要

本发明公开了一种工业机器人用永磁同步电机模糊自抗扰控制方法，本发明采集电机伺服系统的转子位置信号，然后将转子位置信号作为模糊自抗扰控制器的反馈信号，运用模糊推理规则，建立模糊规则控制表，通过对参数的自动调节以及对系统扰动的补偿，实现对电机伺服系统的高精度控制。本发明采用基于模糊自抗扰控制方法替代传统矢量控制的PI调节方法，提高工业机器人用永磁同步电机驱动系统的快速性与稳定性，提高系统的精度以及抗扰动能力。

主权项

一种工业机器人用永磁同步电机模糊自抗扰控制方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：步骤一：电机驱动控制系统硬件初始化；步骤二：串口通信模块判断是否收到上位机指令，若收到则进入步骤四，没有收到则进入步骤三；步骤三：将工业机器人的电机转速设定为默认值0，进入步骤四；步骤四：通过模糊自抗扰控制器调节出电机的转速控制输出；步骤五：判断电机的最终控制输出是否在额定范围内，若在额定范围内则进入步骤六，若不在额定范围内，则进入步骤七；步骤六：将最终控制输出发送至工业机器人的电机，进入步骤八；步骤七：释放电机，进入步骤八；步骤八：串口通信模块向上位机发送响应信号，进入步骤二；其中步骤四中模糊自抗扰控制，具体包括以下步骤：4.1、在永磁同步电机运行过程中，经过速度位置检测得到永磁同步电机的转速和位置角，将位置角输入到坐标变换模块中，将得到的永磁同步电机转速值与给定的电机转速值输入到模糊自抗扰速度环控制器中，经过运算得到q轴电流参考值iq*；其中模糊自抗扰控制器的设计如下：所述模糊自抗扰控制器中永磁同步电机数学模型表示为：ud=Rsid+Lddiddt-ωeLqiquq=Rsiq+Lqdiqdt+ωeLdid+ωeψf]]>式中：ud、uq分别为d、q轴电压；id、iq分别为d、q轴电流；Ld、Lq分别为d、q轴电感；Rs为定子电阻；ωe为转子电角速度；ψf为转子永磁体磁链；模糊自抗扰控制器中自抗扰控制器部分包括非线性跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性状态误差反馈；所述非线性跟踪微分器数学模型表示为：e=v1-vv·=-rfal(e,a,δ)]]>所述扩张状态观测器数学模型表示为：e=z1-yz·1=z2-β01ez·2=z3-β02fal(e,α1,δ)+buz·3=-β03fal(e,α2,δ)]]>所述非线性状态误差反馈数学模型表示为：e1=v1-z1e2=v2-z2u0=β1fal(e1,α3,δ1)+β2fal(e2,α4,δ2)]]>所述自抗扰控制器中fal函数表达式表示为：式中：v为自抗扰控制器的给定信号；v1是v的跟踪信号；r是跟踪速度因子；y为对象的输出；z1、z2是状态变量的观测值，z3是扰动估计值；β01、β02、β03是输出误差校正增益；fal(e,α,δ)为最优综合控制函数；δ为滤波因子；α为非线性因子；β1、β2为误差增益；所述模糊自抗扰控制器中模糊控制器是通过系统的速度偏差e和偏差变化率ec为输入量，非线性误差反馈控制律参数修正值Δβ1、Δβ2为输出量；找出e和ec与Δβ1、Δβ2间的模糊关系，在运行过程中不断检测e和ec，根据模糊控制原理对Δβ1、Δβ2进行在线修改，满足在不同的e和ec情况下对参数Δβ1、Δβ2的要求；模糊控制器根据被控对象的状态自动调整输出变量Δβ1、Δβ2的值，并对非线性误差反馈控制律参数进行在线校正；所述模糊控制器校正函数数学公式为：β1=β1′+Δβ1β2=β2′+Δβ2]]>式中β1′、β′2为非线性反馈状态表初始值；4.2、电流传感器将采集到的电机两相输出电流ia和ib输入到用于三相静止到两相静止的坐标变换求得第三相电流，再经过坐标变换，得到两相静止坐标下的电流iα和iβ,再通过两相旋转的坐标变换得到id和iq；4.3、将模糊自抗扰控制器得到的q轴电流参考值iq*和给定的d轴电流参考值id*经过变换得到输出电压值ud和uq；4.4、将第4.3中得到的输出电压值经过两相旋转到两相静止的坐标变化得到uα和uβ；4.5、将uα和uβ输入到空间矢量脉宽调制SVPWM模块，得到控制器的六路PWM信号输出，并由PWM信号控制逆变器，由此得到三相输出电压来驱动电机的运行。