一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機(jī)混沌系統(tǒng)快速終端滑?？刂品椒?br>【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于永磁同步電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機(jī) 混沌系統(tǒng)快速終端滑?？刂品椒?，特別是對(duì)于含有不確定項(xiàng)的永磁同步電機(jī)混沌系統(tǒng)的快 速終端滑模控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機(jī)（PermanentMagnetSynchronousMotor，PMSM)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)發(fā) 展過(guò)程中起著重要的作用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究表明，在一些情況下，永磁同步電機(jī) 存在混沌現(xiàn)象，這導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速的間歇振蕩、控制不穩(wěn)定、系統(tǒng)無(wú)規(guī)律電磁噪 聲等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了PMSM的穩(wěn)定工作。由于混沌的存在，對(duì)PMSM控制系統(tǒng)的穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生 極強(qiáng)的破壞，同時(shí)傳統(tǒng)的線性控制方法對(duì)抑制或消除混沌的存在已失去效用，因此研究有 效的PMSM控制系統(tǒng)的混沌鎮(zhèn)定方法是很有意義的。
[0003] 混沌系統(tǒng)在很多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，自從1990年控制混沌的思想被提出后， 混沌系統(tǒng)的控制研究引起了人們極大的興趣，創(chuàng)造了眾多新的控制理論和方法，主要包括 時(shí)滯反饋控制方法、反步法、自適應(yīng)控制方法、滑?？刂品椒āyapunov函數(shù)控制法和線性 控制方法，使得混沌系統(tǒng)控制在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)。目前，對(duì)PMSM控制系統(tǒng)的混沌研究，還處于一 種初級(jí)階段，且在PMSM混沌控制的研究模型中，電動(dòng)機(jī)的控制電壓都沒(méi)有得到考慮，即只考 慮在穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后，電機(jī)系統(tǒng)突然斷電的情形。但在實(shí)際的應(yīng)用中，電機(jī)的動(dòng)態(tài)行為 是由電機(jī)的控制電壓決定的。因此，針對(duì)PMSM控制系統(tǒng)的混沌運(yùn)動(dòng)，尋找工程上易于快速實(shí) 現(xiàn)且具備較強(qiáng)魯棒性的控制方法并對(duì)其進(jìn)行鎮(zhèn)定是很有必要的，特別是在提高PMSM控制系 統(tǒng)的運(yùn)行性能方面。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 為了解決帶有不確定項(xiàng)的永磁同步電機(jī)混沌系統(tǒng)鎮(zhèn)定問(wèn)題，使PMSM混沌系統(tǒng)能夠 在有限時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定并具備較強(qiáng)的魯棒性，本發(fā)明提供了一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的快速終端滑模 控制方法，該方法采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近系統(tǒng)中的不確定項(xiàng)，并基于逼近值設(shè)計(jì)快速終端滑模 控制器。該設(shè)計(jì)同時(shí)包含了線性滑模與終端滑模的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)具有快速的全局收斂能力。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題提出的技術(shù)方案如下：
[0006] -種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機(jī)混沌系統(tǒng)快速終端滑模控制方法，包括以下步 驟：
[0007] 步驟1，建立永磁同步電機(jī)混沌系統(tǒng)模型，初始化系統(tǒng)狀態(tài)及控制參數(shù)；
[0008] 1.1，永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型表示如下：
[0013]其中Ud，Uq為定子電壓在d、q軸上的分量；id,iq為定子電流在d、q軸上的分量;加為 是定子磁鏈在d、q軸上的分量;Ld，Lq是在d、q軸上時(shí)，定子繞組的等效電感;表示轉(zhuǎn)子永磁 體產(chǎn)生的磁鏈;Rs是定子電阻;1表示電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩;?Υ是負(fù)載轉(zhuǎn)矩;J是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;B為摩擦 系數(shù);nP是電機(jī)極對(duì)數(shù)；com是轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度；cor=nPcom為轉(zhuǎn)子電角速度；
[0014]1.2,結(jié)合式(1)-(4)將永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型寫(xiě)成如下形式：
[0016] 1.3，對(duì)式(5)進(jìn)行仿射變換λ $和時(shí)間尺度變換< =^，得：
[0018]1.4,基于均勻氣隙，對(duì)永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行探討，即在R 的條件下，在d_q坐標(biāo)軸下，PMSM均勻氣息模型寫(xiě)為：
[0020] 其中，id，iq，ω作為系統(tǒng)的狀態(tài)變量-d，q軸定子電流和轉(zhuǎn)子角速度;Ud，uq參數(shù)和?? 分別為d，q軸外加電壓和外部扭矩;〇,γ是系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)；
[0021] 1.5，令$ =右.，那么式(7)等效為：
[0023]其中，11，12，13，為系統(tǒng)狀態(tài)，并且12，13不可測(cè)；〇和丫為未知參數(shù);11為控制信號(hào)， ~ 一― /Tf /% Mrf= = 7). = 〇 ；
[0024] 1.6，將式(8)分解為以下兩個(gè)子系統(tǒng)：
[0026] 和
[0027] - -? 4-(10)
[0028] 其中，式（10)是式(9)的內(nèi)動(dòng)態(tài)方程：當(dāng)Χ1，χ2收斂至0時(shí)，有i3 = -?成立，從而X3漸 近收斂至零點(diǎn)，設(shè)：
[0030] 則式(9)變換為以下的Brunovsky標(biāo)準(zhǔn)形式：
[0032]其中，a(x) =σ[-χ2_χιχ3+γχι_σ(χ2_χι) ];b=〇;
[0033]步驟2,基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的快速終端滑?？刂破髟O(shè)計(jì)；
[0034]2.1，定義跟蹤誤差S1及快速終端滑模面為：
[0035]si=yi-yd (13)
[0036] s2 + (14)
[0037] 其中，yd為系統(tǒng)期望輸入;α1>0，β1>0;Pl，q1是正奇數(shù)，且Pl<q1;
[0038] 2.2,對(duì)式（13)、（14)分別進(jìn)行求導(dǎo)得：
[0043] 2.3,考慮式（17)，由于a(x)未知，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近非線性函數(shù)H=a(x):
[0044] Η=Ψ*ΤΦ(Χ)+ε (18)
[0045]其中，^^^…，《^已妒是理想的有界權(quán)值矩陣"是有界逼近誤差上滿足 W*||d|ε| <εΝ，％，εΝ是正數(shù)；(ΗΧΧΦΚΧ)，φ2(Χ)，···，(})L(X)]TeRL是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的 基函數(shù)，并且采用以下高階激活函數(shù)：
[0047]其中，Jk是1，2,…，η的L非有序子集的采樣；dj(k)是非負(fù)整數(shù)；Φ(Xj)由以下sigmoid函數(shù)所得：
[0049]其中，a，b，c，d是控制參數(shù)，H=a(x)通過(guò)帶輸入矢量X= [xiT，X2T，X3T]TeR3的逼近 子逼近；
[0050] 2.4，設(shè)計(jì)式(12)的快速終端滑?？刂破鳛椋?br>[0052]其中，承是理想權(quán)值W*的估計(jì)值；是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不確定估計(jì)項(xiàng)；（Si+Sskgn (s2)是在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近和權(quán)值估計(jì)誤差時(shí)，保證魯棒性；是正數(shù)，滿足
[0053]權(quán)值調(diào)節(jié)律由下式所給：
[0054] # = (22)
[0055]其中，Γ是正定義的對(duì)角矩陣；
[0056] 2.5,選擇以下Lyapunov函數(shù)：
[0058]對(duì)V求導(dǎo)并將快速終端滑模控制器、權(quán)值調(diào)節(jié)律代入，得?'< (),判定系統(tǒng)是穩(wěn)定的。
[0059]本發(fā)明基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了一種永磁同步電機(jī)混沌系統(tǒng)的快速終端滑?？刂品?法，在解決混沌系統(tǒng)鎮(zhèn)定問(wèn)題的同時(shí)，有效提高系統(tǒng)的快速收斂性能，實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)混 沌系統(tǒng)地精確控制。
[0060] 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為:針對(duì)帶有非線性不確定項(xiàng)的永磁同步電機(jī)混沌系統(tǒng)，本發(fā) 明采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)逼近系統(tǒng)中的非線性不確定項(xiàng)，并根據(jù)逼近值設(shè)計(jì)了一種快速終端滑模 控制器，該控制器在傳統(tǒng)終端滑模的基礎(chǔ)上，增加了線性項(xiàng)，在保留傳統(tǒng)滑模魯棒性的同 時(shí)，使其同時(shí)具有線性滑模和終端滑模的優(yōu)點(diǎn)，使得永磁同步電機(jī)混沌系統(tǒng)具有快速全局 收斂能力，在有限時(shí)間內(nèi)鎮(zhèn)定。本發(fā)明提供了一種能夠有效鎮(zhèn)定永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的混沌 現(xiàn)象，并使系統(tǒng)在有限時(shí)間內(nèi)快速收斂的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的快速終端滑模控制方法，確保永 磁同步電機(jī)混沌系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較好的控制效果。
[0061 ]本發(fā)明的有益效果為:實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的精確控制，有效鎮(zhèn)定永磁同步電機(jī)控 制系統(tǒng)的混沌現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的快速收斂性能。
【附圖說(shuō)明】
[0062]圖1為本發(fā)明的控制流程圖；
[0063] 圖2為不加控制器時(shí)71的狀態(tài)軌跡；
[0064] 圖3為不加控制器時(shí)y2的狀態(tài)軌跡；
[0065]圖4為加入傳統(tǒng)終端滑模控制器時(shí)71的狀態(tài)軌跡；
[0066] 圖5為加入傳統(tǒng)終端滑?？刂破鲿r(shí)72的狀態(tài)軌跡；
[0067]圖6為傳統(tǒng)終端滑模控制器u的信號(hào)曲線；
[0068] 圖7為加入本發(fā)明的快速終端滑模控制器時(shí)yi的狀態(tài)軌跡；
[0069] 圖8為加入本發(fā)明的快速終端滑模控制器時(shí)y2的狀態(tài)軌跡；
[0070]圖9為本發(fā)明的快速終端滑模控制器u的信號(hào)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0071] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0072]參照?qǐng)D1-圖9,一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的永磁同步電機(jī)混沌系統(tǒng)快速終端滑?？刂品?法，包括以下步驟：
[0073]步驟1，建立永磁同步電機(jī)混沌系統(tǒng)模型，初始化系統(tǒng)狀態(tài)及控制參數(shù)；
[0074]1.1，永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型表示如下：
[0079] 其中Ud，Uq為定子電壓在d、q軸上的分量；id,iq為定子電流在d、q軸上的分量;加為 是定子磁鏈在d、q軸上的分量;Ld，Lq是在d、q軸上時(shí)，定子繞組的等效電感;表示轉(zhuǎn)子永磁 體產(chǎn)生的磁鏈;Rs是定子電阻;1表示電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩;?Υ是負(fù)載轉(zhuǎn)矩;J是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;B為摩擦 系數(shù);nP是電機(jī)極對(duì)數(shù)；com是轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度；cor =nPcom為轉(zhuǎn)子電角速度；
[0080] 1.2,結(jié)合式（1)-(4)將永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型寫(xiě)成如下形式：
[0082] 1.3,對(duì)式(5)進(jìn)行仿射變換和時(shí)間尺度變換得：
[0084] 1.4,基于均勻氣隙，對(duì)永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行探討，即在7^ 的條件下，在d-q坐標(biāo)軸下，PMSM均勻氣息模型可寫(xiě)為：
[0086] 其中，id，iq，ω作為系統(tǒng)的狀態(tài)變量-d，