环形永磁力矩电动机伺服电机的自适应反步控制

环形永磁力矩电动机伺服电机的自适应反步控制

0结论与仿真验证高性能电机广泛应用于高、低技术等级的现性系统自适应控制研究，以及对工业系统、精细加工等行业的应用。随着高性能电机的广泛应用，对可靠性系统的控制研究越来越受到重视。在实际系统运行中，由于未知扰动、摩擦、电机速度波动等不确定性的存在，控制系统的性能将受到严重影响。尤其是对电机速度控制性能的影响及其机械误差的影响，影响着系统的性能。环形永兴矩电机属于三相功率同步电机，具有直接驱动、大直径、大极数等特点。由于电机自身最大电流的限制，电机输入具有饱和特性。环形永速电机输入的存在严重影响了控制系统的性能，并导致系统不稳定。为了提高系统的性能和可靠性，应在电机系统的控制设计中考虑未知输入的饱和。在设计和应用于高-2013年低混合装置的电气表中，由于精确系统往往难以获得，各种不确定因素导致模型中存在各种不确定性。为了使控制器的设计符合实际控制系统，应充分考虑系统的不确定性。本文针对含有未知参数的环形永磁力矩电动机系统,并考虑系统具有未知输入饱和,应用Backstepping控制器设计方法设计自适应控制器,保持系统稳定.同时系统中还考虑了未知扰动的存在,同样通过对未知扰动的常数上界的自适应估计,在控制器设计中引入基于扰动上界的估计值的相关项对未知扰动的不确定性影响进行补偿.与文献相比,本文中提出的自适应控制器不再要求系统未知参数的界已知,同时充分考虑了系统未知外界扰动.最后仿真结果也进一步验证了本文设计的Backstepping自适应控制器的有效性.1旋转圈参数的描述考虑如下环形永磁力矩电动机的运动方程其中J为系统转动惯量,ω是转子角,电磁转矩为Te,齿槽转矩表示为Tc.B是表征负载阻尼和粘性摩擦的系数,d(t)表示其他所有的有界的外界扰动.电磁转矩可表示为其中KT为转矩系数,iq表示转动轴电流.考虑到齿槽转矩与转子位置θ及基波之间的下述关系其中,Ti为i次谐波的齿槽转矩峰值,Nc为定子齿数与极数的公倍数,Ksk为斜槽系数.Ac为未知函数,Sc(θ)是已知函数表示齿槽转矩基波的形态函数.令状态变量x1=θ;x2=ω,系统方程可重写为如下二阶系统其中常数uM为饱和界.控制器设计前需如下假设:假设1.系统输入输出稳定.假设2.参考输出信号yr及其1,2阶导数均有界.2基于lyapunom的控制设计本节将讨论如何设计控制器以保证系统稳定,并且实现系统跟踪性能.为了对饱和的影响作出补偿,类似于首先引入辅助信号其中c1,c2为大于0的常数,Δu=u(v)-v.系统控制器设计前先做如下坐标变换其中z1表示跟踪误差,α1表示在第一步中的虚拟控制.下面将利用backstepping方法设计控制器.第一步:由(8)及系统方程(5)可得取其中c1>0为常数,取Lyapunov函数为对该Lyapunov函数求导数可得第二步:由(8)及系统方程(5)可得其中ηD为正设计参数.参数估计误差表示为对该Lyapunov函数求导数可得参数的估计率取为则可得Lyapunov函数的导数为定理1:对于环形永磁力矩电动机系统(1),系统饱和输入由(6)给出.在控制输入(14)及参数估计率(18)的作用下,闭环系统全局稳定.证明:显见,由(18)可知闭环系统信号x1,x2,z1,z2有界,进一步得虚拟控制信号有界,控制输入信号有界.则可建得闭环系统所有信号有界.3仿真参数设置仿真中采用与孙宜标等同样的电机系统,其各系统参数取值如下:Ten=232N·m,转矩系数KT=9.4N·m/A,转动惯量J=0.205kg·m2,额定电流In=42.1A,B=0.09N·m·rad/s.外界扰动取为0.1sint,参考信号yr=sin(2πt).由上述电机参数计算得卡槽转矩Tc=6sin(180x1)N·m.饱和输入的电流限制值为40A.仿真中设计参数取为:ηD=ηB=ηA=1,c1=c2=15.仿真中所有信号的初始值均取为0.仿真图形如下,图1给出跟踪误差曲线图.由该图可以看出,输出信号能再短时间内实现对参考信号的跟踪,但由于控制输入的饱和特性使得精确跟踪很难实现.图2给出的是控制信号v的时间曲线图形,该控制信号是我们设计的输入信号,并不直接作用于被控系统,通过饱和非线性变换得到直接作用于系统的输入信号u由图3给出.通过仿真图形可以明显看出该控制器可以保持系统稳定,同时也可以实现对参考信号的跟踪.4自适应控制器.针对具有输入饱和的环形永磁力矩电动机伺服系统,