基于改进Sigmoid函数的PMSM调速系统自抗扰控制.pdf
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1、 传感器与微系统()年第卷第期:()基于改进函数的调速系统自抗扰控制李白雅,封志鹏,王锦涛,杨城健,张宇祥(湖南科技大学信息与电气工程学院,湖南湘潭)摘要:为实现永磁同步电机()转速的快速、稳定控制,提出一种基于改进函数的自抗扰控制()方法。首先,对函数进行了分析和改进,引入非线性因子;接着,利用改进函数替代传统非线性函数设计了调速系统的改进型微分跟踪器()、改进型扩张状态观测器()和改进型非线性状态误差反馈()控制律,并借助李雅普诺夫()函数证明了所设计的改进型具有渐进稳定性;随后,证明改进型误差系统的渐进稳定性;最后,对该策略进行了仿真分析。结果表明:在调速系统中,改进型比传统和控制具有更
2、好的动态性能和抗扰性能。关键词:永磁同步电机;自抗扰控制;改进函数;渐进稳定中图分类号:;文献标识码:文章编号:(),(,):(),(),(),()(),:();();引言目前,在传统工业生产中,对永磁同步电机(,)的转速控制大多采用结构简单且易于实现的比例积分微分()控制方法。是一种典型的非线性、多变量和强耦合的系统,控制不能解决转速响应的快速性和超调性之间的矛盾,无法使电机调速性能进一步提高。自抗扰控制(,)是一种非线性控制器,既保留了经典控制器的优点,又能高效、快速、无超调地解决经典控制器不能解决的控制问题。文献 利用传统设计浮标垂直运动控制器,极大提高了控制器的抗扰能力;文献 提出了将
3、自抗扰与滑模两种控制方法结合,以此提高系统的控制效果,减少需调参数的个数;文献设计了一种基于模型补偿的改进型,极大提高了的跟踪精度。上述所研究的,由于其传统非线性函数在原点邻域内存在拐点且不够平滑,导致了控制输出产生高频颤振,限制了抗扰能力的提升。针对上述情况,文献 利用反正切函数替代传统非线性函数,以此设计,仿真证明可有效抑制噪声;文献 利用双曲正切函数代替传统非线性函数设计扩张状态观测器,其观测精度有了明显提高;文献设计了收稿日期:第期李白雅,等:基于改进函数的调速系统自抗扰控制一种基于新型非线性函数的改进,并将其应用于的位置角控制中,其具有比传统更好的控制性能。从上述研究效果中可知,对中
4、的传统非线函数进行优化改进,取得的效果最明显。本文采用原点附近平滑性和可导性更好地改进函数代替中的传统非线性函数 函数设计一个改进型,并将其应用于的速度控制系统。转速环数学模型采用表贴式,设为理想电机,且无铁芯饱和现象,不计涡流和磁滞损耗等。当时,矢量控制的转速环数学模型为()式中 为机械角速度,为转动惯量,为电机极对数,为转子磁链,为摩擦系数,为负载转矩,为轴电流。以轴电流为控制输入量,机械角速度为输出量,则可设计一阶为调速系统的转速环。函数的改进函数为神经网络中的激励函数,是一种光滑且严格单调的饱和函数,其表达式为()()()该函数的饱和值上、下界为(,),为得到所需函数,将式()引入非线
5、性因子,改进的函数为(;)()()式中参数为非线性因子,用于调节函数近似线性工作区范围;图给出了(;)在不同指数因子下所对应的曲线。a=1a=2a=31050-5-10-1.0-0.500.51.0 xSig(x;a)图(;)函数转速环改进型设计可分为个部分:跟踪微分器(,)、扩张状态观测器(,)和非线性状态误差反馈(,),根据分离性原理,个部分可分别独立设计。改进型利用函数的光滑性和饱和性等特征,设计改进型为(;)(;0)()式中 为输入信号;为的跟踪信号;为跟踪信号的微分;速度因子。改进型设计与分析有一阶系统()0()式中 为一阶系统的状态变量;()为综合了未知与已知的总扰动,可扩张为一阶
6、系统的状态变量(),令();为系统控制的输入;为补偿因子。式()的扩张系统为()0()以此构建改进型为(;0)()式中,。式()实现跟踪系统的状态变量,即,。以下证明式()的收敛性:假设总扰动()为定值;,。由式()和式()可得误差系统为(;)0()令,式()可变换为(;)0()取式()的函数为(;)()式()中至少存在一点,使得(;)(;)()由式()和式()可知(;)(;)()()由式()可知:当 ,或者 时,传 感 器 与 微 系 统第卷;仅当时,所以,系统式()是渐进稳定的。改进型改进型为(;)0()式中参数。改进型是由部分组成,改进型用以安排过渡过程;改进型用以估计出系统的状态变量和
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