牵引电机控制方法及装置与流程

文档序号:11249966阅读:1384来源:国知局
牵引电机控制方法及装置与流程

本发明涉及高速动车组感应电机领域,尤其涉及一种牵引电机控制方法及装置。



背景技术:

高速动车组通常采用感应电机作为牵引电机,因为感应电机具有转速高、转动惯量小,机械结构坚固耐用、牵引特性良好等优点,电机启动转矩和电流较大,加速起始阶段电机处于过励磁状态,充分利用电机设计所允许的磁饱和范围和电流的短时过载能力,来获得较大的加速度,从而使得车辆在较短的时间内达到给定的速度。

现有技术一般是对牵引电机采用比例-积分-微分(proportion-integral-derivative,pid)控制,pid控制在实际应用中是最广泛最成熟的技术,目前为止,工业过程当中使用的控制方法有95%以上都是pid控制方法。简单说来,pid控制各校正环节的作用如下:

比例环节:成比例地反映控制对象的偏差信号,偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用,以减少偏差。比例系数越大,控制作用越强,控制对象的动态特性也越好,动态性能主要表现为起动快,对阶跃设定跟随得快。

积分环节:主要用于消除静差,提高控制对象的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数,积分时间常数越大,积分作用越弱,反之则越强。

微分环节:反映偏差信号的变化趋势(变化速率),并能在偏差信号变得太大之前,在控制对象中引入一个有效的早期修正信号,从而加快控制对象的动作速度,减少调节时间,并且有助于减小超调,克服振荡,从而提高控制对象稳定性。

pid控制方法的校正环节复杂、计算负担重,且pid控制依赖于被控对象的模型,在实际的工作环境中,由于机械磨损和电器元件的老化,会导致被控对象的模型发生变化,从而导致pid控制的鲁棒性差。



技术实现要素:

本发明提供一种牵引电机控制方法及装置,用以解决现有技术的控制方法复杂、计算负担重,且由于控制方法依赖于被控对象模型引起的控制方法鲁棒性差的问题。

本发明的第一个方面是提供一种牵引电机控制方法,包括:

对期望输出的标准信号和当前的反馈信号进行求差,并将求差获得的信号输出至改进型无模型自适应(improvemodelfreeadaptivecontrol,imfac)控制器进行计算处理;

将imfac控制器处理后获得的控制信号输出至被控对象,以使所述被控对象在所述控制信号的驱动下运行;

将所述被控对象运行时产生的输出信号输出给超前环节进行补偿,并将所述补偿后的信号作为当前的反馈信号,返回执行所述将期望输出的标准信号和当前的反馈信号进行求差的步骤。

本发明的第二个方面是提供一种牵引电机控制装置,包括:运算模块、imfac控制器、被控对象和超前环节;

所述运算模块的输出端和所述imfac控制器的输入端连接,所述imfac控制器的输出端和所述被控对象的输入端连接,所述被控对象的输出端与所述超前环节的输入端连接,所述超前环节的输出端与所述运算模块的输入端连接;

所述运算模块,用于对期望输出的标准信号和当前的反馈信号进行求差,并将求差获得的信号输出给所述imfac控制器;

所述imfac控制器,用于对求差获得的信号进行计算处理,并将计算处理后获得的控制信号输出给所述被控对象,以使所述被控对象在所述控制信号的驱动下运行;

所述被控对象,用于将所述被控对象自身运行时产生的输出信号输出给所述超前环节进行补偿;

所述超前环节,用于对所述被控对象输出的信号进行补偿,并将补偿后的信号作为当前的反馈信号,输出给所述运算模块,以使所述运算模块对所述标准信号和当前的反馈信号进行求差。

本发明提供的牵引电机控制方法及装置,通过将期望输出的标准信号和当前的反馈信号的求差信号输出至imfac控制器进行处理获得控制信号,并将控制信号输出至被控对象以使其运行;然后将被控对象运行时产生的输出信号经超前环节补偿后作为当前的反馈信号。本方案仅利用被控对象期望输出的标准信号和被控对象运行时产生的输出信号进行控制器设计,不依赖被控对象的动态模型参数,调试简单、易于实现、响应速度快且鲁棒性好。

附图说明

图1为本发明实施例提供的牵引电机控制方法的流程示意图;

图2为本发明实施例提供的牵引电机控制装置的结构示意图;

图3为本发明实施例提供的牵引电机控制装置的电路原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的牵引电机控制方法的流程示意图,如图1所示,所述方法包括如下步骤:

11、对期望输出的标准信号和当前的反馈信号进行求差,并将求差获得的信号输出至imfac控制器进行计算处理;

具体的,对某一系统的一致有界的期望输出的标准信号,存在一致有界的可行控制输入信号,使得系统在此控制输入信号的驱动下其输出等于系统的期望输出。

12、将imfac控制器处理后获得的控制信号输出至被控对象,以使所述被控对象在所述控制信号的驱动下运行;

具体的,上述被控对象可以为非线性大延时对象,被控对象的传递函数为gp(s)e-τs,其中τ是非线性大延时对象的滞后时间。举例来说,被控对象可以为牵引电机。

13、将所述被控对象运行时产生的输出信号输出给超前环节进行补偿,并将所述补偿后的信号作为当前的反馈信号,返回执行11中所述将期望输出的标准信号和当前的反馈信号进行求差的步骤。

以实际应用场景举例来说,上述imfac控制器的算法如下:

如果满足如下三个条件中的一个,

则:

其中,是φ(k)的在线估计值,φ(k)表示非线性大延时系统的伪梯度向量,记:

其中,u(k)∈rl、y(k)∈rl分别表示k时刻非线性大延时系统的输入和输出;τ是非线性大延时系统滞后时间,可以用辨识的方法测得;l是控制输入线性化长度;其中,y(k)满足:

y(k+1)=f(y(k),…,y(k-ny),u(k-τ),…,u(k-τ-nu))(9)

其中,ny、nu是系统阶数;ly、lu是非线性大延时系统的伪阶数,取值为整数,且0≤ly≤ny,1≤lu≤nu;η是步长因子,η∈(0,2],加入η是为了使控制算法设计具有更大的灵活性;μ>0,是第一权重因子;ε是一个充分小的正数;ρi∈(0,1],i=1,2,…,ly+lu,λ>0是第二权重因子;y*(k)表示非线性大延时系统一致有界的期望输出的标准信号;y′(k)是输出y(k)的微分。

本实施例提供的牵引电机控制方法,通过将期望输出的标准信号和当前的反馈信号的求差信号输出至imfac控制器进行处理获得控制信号,并将控制信号输出至被控对象以使其运行;然后将被控对象运行时产生的输出信号经超前环节补偿后作为当前的反馈信号。本方案仅利用被控对象期望输出的标准信号和被控对象运行时产生的输出信号进行控制器设计,不依赖被控对象的动态模型参数,调试简单、易于实现、响应速度快且鲁棒性好。

图2为本发明实施例提供的牵引电机控制装置的结构示意图,如图2所示,牵引电机控制装置包括:

运算模块21、imfac控制器22、被控对象23和超前环节24;

运算模块21的输出端和imfac控制器22的输入端连接,imfac控制器22的输出端和被控对象23的输入端连接,被控对象23的输出端与超前环节24的输入端连接,超前环节24的输出端与运算模块21的输入端连接;

运算模块21,用于对期望输出的标准信号和当前的反馈信号进行求差,并将求差获得的信号输出给imfac控制器22;

imfac控制器22,用于对求差获得的信号进行计算处理,并将计算处理后获得的控制信号输出给被控对象23,以使被控对象23在所述控制信号的驱动下运行;

被控对象23,用于将被控对象23自身运行时产生的输出信号输出给超前环节24进行补偿;

超前环节24,用于对被控对象23输出的信号进行补偿,并将补偿后的信号作为当前的反馈信号,输出给运算模块21,以使运算模块21对所述标准信号和当前的反馈信号进行求差。

具体的,上述被控对象23可以为非线性大延时对象,被控对象23的传递函数为gp(s)e-τs,其中τ是非线性大延时对象的滞后时间。举例来说,被控对象23可以为牵引电机。

本实施例提供的牵引电机控制装置,通过将期望输出的标准信号和当前的反馈信号的求差信号输出至imfac控制器进行处理获得控制信号,并将控制信号输出至被控对象以使其运行;然后将被控对象运行时产生的输出信号经超前环节补偿后作为当前的反馈信号。本方案仅利用被控对象期望输出的标准信号和被控对象运行时产生的输出信号进行控制器设计,不依赖被控对象的动态模型参数,调试简单、易于实现、响应速度快且鲁棒性好。

图3为本发明实施例提供的牵引电机控制装置的电路原理示意图,根据图2对应的实施例中所述的装置,如图3所示,运算模块对期望输出的标准信号y*和当前的反馈信号x进行求差,获得第一输出信号δy,并将所述第一输出信号输出给imfac控制器进行计算处理;将imfac控制器处理后获得的控制信号u(k)输出至被控对象,以使所述被控对象在所述控制信号u(k)的驱动下运行;将所述被控对象运行时产生的输出信号y(k)输出给超前环节进行补偿,并将所述补偿后的信号作为当前的反馈信号x,反馈至运算模块,以使运算模块对标准信号y*和当前的反馈信号x进行求差,输出当前的第一输出信号δy,实现信号的循环和反馈。

本实施例提供的牵引电机控制装置,通过在imfac控制器中引入期望输出的标准信号与超前环节补偿后的被控对象的输出信号的差值进行计算处理,获得被控对象的输入信号,不依赖被控对象的动态模型参数,调试简单、易于实现、响应速度快且鲁棒性好。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的装置的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。

最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1