专利名称：一种基于自抗扰控制的交流感应电机控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电动汽车交流感应电机控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于模糊补偿自抗扰控制的交流感应电机控制系统。
背景技术：
目前，自抗扰控制技术能不依赖于系统的精确模型，将模型内扰、模型及参数的摄动和不可测外扰的作用归结为系统的总扰动，并利用误差反馈的方法对其进行实时估计并给予补偿，具有较强的鲁棒性，在交流感应电机控制中得到广泛的应用。图I是基于传统自抗扰控制的交流感应电机控制系统框图。
如图I所示，整个交流感应电机控制系统结构主要由以下六个模块组成，速度给定模块I、自抗扰模块2、矢量控制模块3、空间矢量脉宽调制和逆变器模块4、速度传感器模块5。速度给定模块I根据踏板比例或CAN总成发送的指令给出期望的指令转速；自抗扰模块2，其内部结构如图2，它通过指令转速ω%和通过速度传感器模块5获取的电机实际转速ω给出期望转矩TeMf;矢量控制模块3通过获取的实际转速ω和采集的交流感应电机三相电流iA、iB、ic计算出矢量电压u_f、udMf ;空间矢量脉宽调制和逆变器模块4通过空间矢量调制算法得出逆变器的开关量，控制逆变器三相桥臂的通断将矢量电压u_f、Udref加到交流感应电机6三个进线端上,实现对交流感应电机6的控制。图2是传统自抗扰模块的原理框图。如图2所示，传统自抗扰模块可分为三个部分跟踪微分器201、非线性状态误差反馈律202和扩张状态观测器203。跟踪微分器201为给定转速ω ief安排过渡过程，从而得到光滑的过渡信号ωΜ 1，及给定转速的微分信号ω⑷。扩张状态观测器203对控制对象进行估计，其中ω” ω2、ω3、是扩张状态观测器203估计出的控制对象即交流感应电机的状态变量，即Q1为实际转速ω的跟踪量，ω2估计实际转速ω的微分dco/dt，即跟踪实际加速度，而ω3为估计作用于系统的各种扰动的总和作用量。扩张状态观测器203输出的状态变量ω2分别与跟踪微分器201输出的过度信号ωΜη、微分信号相减，产生误差量ε i、ε 2，将这两个变量ε ^ ε 2经过非线性状态误差反馈律202产生Utl，扩张状态观测器203输出量ω3经过增益l/bQ与U。求和形成控制量Teief，控制量Teief作用于控制对象即交流感应电机，同时经过增益k反馈给扩张状态观测器203。上述交流感应电机控制系统虽能工作，但是存在自抗扰模块的参数适应性低的问题。根据经验整定出的参数适应性低，而参数的准确性又直接影响控制器性能。作为自抗扰模块的核心部分，扩张状态观测器的参数尤其要求准确，它的估计能力将直接影响自抗扰模块的性能。若扩张状态观测器的参数偏小，将不利于交流感应电机控制系统的响应。若其参数偏大，则容易引入高频信号扩张状态，使观测器的状态估计延迟时间太长，导致交流感应电机控制系统不稳定。这时就需要一种能增强参数适应性，提高交流感应电机控制系统稳定性和改善动态性能的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于自抗扰控制的交流感应电机控制系统，以解决扩张状态观测器参数适应性低的问题，提高自抗扰模块的扰动估计能力，从而提闻交流感应电机控制系统的稳定性，改善动态品质。为实现上述发明目的，本发明基于自抗扰控制的交流感应电机控制系统，包括一速度传感器模块，用于获取电机实际转速ω ；一速度给定模块，用于根据踏板比例或CAN总成发送的指令输出期望的指令转速
CO _ρ ；ref，一自抗扰模块，用于根据指令转速ωΜ 和电机实际转速ω给出期望转矩TeMf， 一矢量控制模块，用于根据电机实际转速ω、期望转矩TeMf以及采集的交流感应电机三相电流计算出矢量电压Uvef、Udref ；一空间矢量脉宽调制和逆变器模块，用于通过空间矢量调制算法得出逆变器的开关量，控制逆变器三相桥臂的通断，将矢量电压Uffef、Udref加到交流感应电机三个进线端，驱动交流感应电机转动，实现对交流感应电机的控制；其特征在于，所述的自抗扰模块为模糊补偿的自抗扰模块，包括微分跟踪器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈律和模糊补偿器；微分跟踪器给指令转速ω安排过渡过程，从而得到光滑的过渡信号ωΜ 1，及指令转速的微分信号ωΜ 2 ；扩张状态观测器对被控对象，即电机实际转速ω中的不确定因素和外扰进行动态观测和实时估计，得到电机实际转速ω的速度跟踪量O1、实际转速ω的微分dco/dt，即加速度跟踪量ω2以及电机实际转速ω的各种扰动总和作用量ω3 ；扩张状态观测器输出的速度跟踪量Q1、加速度跟踪量《2分别与微分跟踪器输出的过度 目号微分 目号ω !^2相减，广生误差星ε =ω 「ω 、ε 2= ω ref2_ ω 2，将这两个误差量h、ε2经过非线性状态误差反馈律产生控制量Utl:U0=Ii1 · fal ( ε ” α ” S1) +k2 · fal ( ε 2，α 2，δ 2)其中
K Signisi)^ > S1ZaI(Sl^Sl) = I ￡
β -a, Aei\-^
\ε2\αι sign(e2),\ε2\> S2fal{s2,a2,S2)^\ ε
-Τ^7Αε2\^ 2
°2k2, k2为比例参数，a i、α 2为系数，δ。δ 2为阈值,根据具体控制系统确定；模糊补偿器以扩张状态观测器输出速度跟踪量Q1、加速度跟踪量ω2作为输入量，根据模糊规则，进行模糊推理的决策，最后给出补偿量s。，补偿量S。用于补偿扩张状态观测器输出各种扰动总和作用量ω3，得到期望转矩为T eref=U0- (ω 3+sc) /b0同时，补偿量S。和输入量相加后反馈给扩张状态观测器，用于扩张状态观测器进行动态观测和实时估计。所述的模糊补偿器根据模糊规则，进行模糊推理的决策，最后给出补偿量S。为对速度跟踪量Q1、加速度跟踪量ω2进行标准化
权利要求
1.一种基于自抗扰控制的交流感应电机控制系统，包括 一速度传感器模块，用于获取电机实际转速ω ; 一速度给定模块，用于根据踏板比例或CAN总成发送的指令输出期望的指令转速CO _ρ ；ref， 一自抗扰模块，用于根据指令转速ωΜ 和电机实际转速ω给出期望转矩TeMf， 一矢量控制模块，用于根据电机实际转速ω、期望转矩TeMf以及采集的交流感应电机三相电流计算出矢量电压Uvef、Udref ； 一空间矢量脉宽调制和逆变器模块，用于通过空间矢量调制算法得出逆变器的开关量，控制逆变器三相桥臂的通断，将矢量电压Uffef、Udref加到交流感应电机三个进线端，驱动交流感应电机转动，实现对交流感应电机的控制； 其特征在于，所述的自抗扰模块为模糊补偿的自抗扰模块，包括跟踪微分器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈律和模糊补偿器； 跟踪微分器给指令转速ω 安排过渡过程，从而得到光滑的过渡信号ωΜ 1，及指令转速的微分信号ωΜ 2 ； 扩张状态观测器对被控对象，即电机实际转速ω中的不确定因素和外扰进行动态观测和实时估计，得到电机实际转速ω的速度跟踪量O1、实际转速ω的微分dco/dt，即加速度跟踪量ω2以及电机实际转速ω的各种扰动总和作用量ω3 ； 扩张状态观测器输出的速度跟踪量Q1、加速度跟踪量ω2分别与跟踪微分器输出的过度 目号微分 目号ω !^2相减，广生误差星ε =ω 「ω 、ε 2= ω ref2_ ω 2，将这两个误差量h、ε2经过非线性状态误差反馈律产生控制量U。 U0=Ii1 · fal ( ε 1； Ct1, δ ^ +k2 · fal ( ε 2, α 2，δ 2) 其中 H 吻K a), hi > \e2\a2 Sign(S2),\ε2\>δ2 /αΙ(ε2,α2,δ2) = \ ^ k2, k2为比例参数，α p a i为系数，δ ^ δ 2为阈值,根据具体控制系统确定； 模糊补偿器以扩张状态观测器输出速度跟踪量Q1、加速度跟踪量ω2作为输入量，根据模糊规则，进行模糊推理的决策，最后给出补偿量s。，补偿量S。用于补偿扩张状态观测器输出各种扰动总和作用量ω3，得到期望转矩为 Teref=U0-(co3+Sc) /b0 同时，补偿量Sc和输入量ΤθμΑ相加后反馈给扩张状态观测器，用于扩张状态观测器进行动态观测和实时估计。
2.根据权利要求I所述的交流感应电机控制系统，其特征在于，所述的模糊补偿器根据模糊规则，进行模糊推理的决策，最后给出补偿量S。为 对速度跟踪量Q1、加速度跟踪量ω2进行标准化其中，ω1Ν为速度跟踪量CO1的最大值，ω2Ν为加速度跟踪量ω2的最大值； 通过标准化后的ω 1Η<、ω 的范围为-I到I，将ω 1Η<、ω 2>Η模糊化为五个状态{NB, NS, O, PS, PB};其中，NB表示负大、NS表示负小、O表示零、PS表示正小、PB表示正大；根据ω1#、ω2#模糊化的状态，通过模糊规则，找到对应的输出参数s。,，并依据模糊集隶属度函数确定相应的值，其中模糊规则为 将输出参数S。*依据模糊集隶属函数确定相应的值Scl，然后进行逆标准化，得到模糊补偿量S。，逆标准化的公式为S = ω Js I0C 3N °cl 其中，ω3Ν为各自扰动总和作用量ω3的最大值。
全文摘要
本发明公开了一种基于自抗扰控制的交流感应电机控制系统，在现有技术基础上，通过模糊补偿，将交流感应电机转速工作特性的已知部分即模糊补偿量sc输入扩张状态观测器，则电机实际转速ω的各种扰动总和作用量ω3是对未知部分，而不是对整个转速进行估计，所以减轻了扩张状态观测器的负担，同时使参数适应对象的变化范围扩大，提高扩张状态观测器的估计精度，获得比基于传统自抗扰控制的交流感应电机系统更好的控制效果，具有更强的鲁棒性、抗扰性，动态品质也得到改善。
文档编号H02P21/14GK102811015SQ201210299949
公开日2012年12月5日 申请日期2012年8月22日 优先权日2012年8月22日
发明者邹见效, 凡时财, 徐红兵, 曾青山 申请人:电子科技大学