專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于負(fù)載觀測(cè)的直流電動(dòng)機(jī)無(wú)源控制律實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于負(fù)載觀測(cè)的直流電動(dòng)機(jī)無(wú)源控制律實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
直流電動(dòng)機(jī)因其平滑的調(diào)速特性和良好的控制性能得到了廣泛應(yīng)用。但在對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能要求較高的場(chǎng)合，如能快速起動(dòng)達(dá)到期望轉(zhuǎn)速、負(fù)載改變情況下轉(zhuǎn)速波動(dòng)小，這時(shí)候采用傳統(tǒng)PI控制器的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)就難以達(dá)到理想的控制效果。無(wú)源控制(PBC, passivity-based control)是一種通過(guò)描述系統(tǒng)關(guān)于期望能量存儲(chǔ)函數(shù)的無(wú)源性，并注入附加阻尼來(lái)達(dá)到穩(wěn)定的設(shè)計(jì)方法。當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，可以認(rèn)為該系統(tǒng)的輸入和輸出的能量處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。運(yùn)用無(wú)源控制方法對(duì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，實(shí)時(shí)獲得負(fù)載轉(zhuǎn)矩是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在負(fù)載頻繁變化的場(chǎng)合，能夠及時(shí)準(zhǔn)確地獲取負(fù)載轉(zhuǎn)矩對(duì)計(jì)算出當(dāng)前狀態(tài)下的無(wú)源控制律具有重要意義。但如果通過(guò)加裝轉(zhuǎn)矩傳感器來(lái)檢測(cè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，不僅成本高，而且增加了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)難度。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)性能要求較高的場(chǎng)合難以達(dá)到理想的控制效果以及轉(zhuǎn)矩傳感器成本高、實(shí)現(xiàn)難度大的缺點(diǎn)，本發(fā)明通過(guò)在線檢測(cè)直流電動(dòng)機(jī)電樞電流和轉(zhuǎn)速兩個(gè)參數(shù)實(shí)時(shí)估計(jì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，提出一種基于負(fù)載觀測(cè)的直流電動(dòng)機(jī)無(wú)源控制律實(shí)現(xiàn)方法。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于負(fù)載觀測(cè)的直流電動(dòng)機(jī)無(wú)源控制律實(shí)現(xiàn)方法，該方法包含以下步驟I)選取直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能和電磁能之和為直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)函數(shù)，離線建立直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的端口受控耗散哈密頓(PCHD，port-controlledHamiltonian system with dissipation)模型；2)在線檢測(cè)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流和轉(zhuǎn)速，通過(guò)負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器實(shí)時(shí)估計(jì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩；3)運(yùn)用互聯(lián)與阻尼分配的無(wú)源控制(IDA-PBC, interconnection and dampingassignment passivity-based control)方法,調(diào)整系統(tǒng)的互聯(lián)參數(shù)和阻尼參數(shù),在線計(jì)算出當(dāng)前負(fù)載狀態(tài)下的無(wú)源控制律，控制脈沖寬度調(diào)制(PWM，pulse width modulation)變換器輸出到直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓以使轉(zhuǎn)速維持在給定轉(zhuǎn)速指令值。進(jìn)一步的，所述步驟I)中的直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)函數(shù)為
Γ /Ω!
//( )=!./Ω2+丄/戶，其中，X為系統(tǒng)的狀態(tài)向量，并且有' ,!JQ2和J^Li2分別
2 2 ^L/J」2 2
為直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能和電磁能，J為直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Ω為角速度，L為電樞電感，i為電樞電流。進(jìn)一步的，所述步驟I)中的直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的端口受控耗散哈密頓(PCHD)模型為
權(quán)利要求
1.一種基于負(fù)載觀測(cè)的直流電動(dòng)機(jī)無(wú)源控制律實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于該方法包含以下步驟 1)選取直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能和電磁能之和為直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)函數(shù)，離線建立直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的端口受控耗散哈密頓模型； 2)在線檢測(cè)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流和轉(zhuǎn)速，通過(guò)負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器實(shí)時(shí)估計(jì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩； 3)運(yùn)用互聯(lián)與阻尼分配的無(wú)源控制方法，調(diào)整系統(tǒng)的互聯(lián)參數(shù)和阻尼參數(shù)，在線計(jì)算出當(dāng)前負(fù)載狀態(tài)下的無(wú)源控制律，控制脈沖寬度調(diào)制變換器輸出到直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電壓以使轉(zhuǎn)速維持在給定轉(zhuǎn)速指令值。
2.根據(jù)權(quán)利書(shū)要求I所述的一種基于負(fù)載觀測(cè)的直流電動(dòng)機(jī)無(wú)源控制律實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟I)中的直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)函數(shù)為
3.根據(jù)權(quán)利書(shū)要求I所述的一種基于負(fù)載觀測(cè)的直流電動(dòng)機(jī)無(wú)源控制律實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟I)中的直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的端口受控耗散哈密頓模型為
4.根據(jù)權(quán)利書(shū)要求I所述的一種基于負(fù)載觀測(cè)的直流電動(dòng)機(jī)無(wú)源控制律實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟2)中的負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器函數(shù)為
5.根據(jù)權(quán)利書(shū)要求I所述的一種基于負(fù)載觀測(cè)的直流電動(dòng)機(jī)無(wú)源控制律實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟3)中的無(wú)源控制律函數(shù)為U= (CTC>-m)i*+111 Q-r2i,其中,m為系統(tǒng)的互聯(lián)參數(shù),并且有
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于負(fù)載觀測(cè)的直流電動(dòng)機(jī)無(wú)源控制律實(shí)現(xiàn)方法。負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器通過(guò)在線檢測(cè)直流電動(dòng)機(jī)的電樞電流和轉(zhuǎn)速，獲得當(dāng)前工況下的負(fù)載轉(zhuǎn)矩估計(jì)值并反饋給直流電動(dòng)機(jī)無(wú)源控制器。當(dāng)負(fù)載發(fā)生改變時(shí)，無(wú)源控制器根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器估計(jì)的實(shí)時(shí)負(fù)載，基于直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的端口受控耗散哈密頓模型，運(yùn)用互聯(lián)與阻尼分配的無(wú)源控制方法，通過(guò)脈沖寬度調(diào)制變換器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在指令值。針對(duì)直流電動(dòng)機(jī)無(wú)源控制律實(shí)現(xiàn)中需要得到負(fù)載轉(zhuǎn)矩，本發(fā)明采用觀測(cè)器實(shí)時(shí)估計(jì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，減少了使用轉(zhuǎn)矩傳感器帶來(lái)的成本，同時(shí)降低了無(wú)源控制律的實(shí)現(xiàn)難度，為基于無(wú)源控制律的直流電動(dòng)機(jī)魯棒控制器實(shí)現(xiàn)提供了新的途徑。
文檔編號(hào)H02P7/00GK103066902SQ201310027020
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者黃嘉偉, 王宏華, 張 杰, 孫永輝, 袁陽(yáng), 陸子剛 申請(qǐng)人:河海大學(xué)