一種基于轉(zhuǎn)速-電流二維模糊模型自學(xué)習(xí)的電機(jī)控制方法
【專利摘要】一種基于轉(zhuǎn)速-電流二維模糊模型自學(xué)習(xí)的電機(jī)控制方法，包括以下步驟：(1)雙閉環(huán)反饋控制過程，得到反饋占空比db(t)；(2)模糊模型前饋控制過程，包括當(dāng)前網(wǎng)格點(diǎn)p(含速度和電流)在模糊曲面模型S上的映射并獲取四個(gè)頂點(diǎn)信息，以及根據(jù)隸屬度和重心法得到點(diǎn)p對應(yīng)的前饋占空比；(3)自學(xué)習(xí)過程，包括根據(jù)t時(shí)刻速度誤差來修正t-1時(shí)刻網(wǎng)格點(diǎn)p的前饋占空比值，并根據(jù)隸屬度和反重心法修正點(diǎn)p四周四個(gè)頂點(diǎn)信息。本發(fā)明有效兼顧穩(wěn)定性和快速性、自學(xué)習(xí)能力較好。
【專利說明】-種基于轉(zhuǎn)速-電流二維模糊模型自學(xué)習(xí)的電機(jī)控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電機(jī)控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 直流無刷電機(jī)和普通電機(jī)相比具有明顯的高效率、小體積，同時(shí)又具備了無極調(diào) 速等優(yōu)點(diǎn)，在節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟(jì)大為提倡的今日，在諸多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本文所提的算法 是在工業(yè)縫紉機(jī)專用直流無刷伺服驅(qū)動(dòng)器的研制過程中實(shí)踐得出，同時(shí)能夠廣泛應(yīng)用于各 種寬轉(zhuǎn)速、變轉(zhuǎn)速、變負(fù)載的場合。
[0003] 直流無刷電機(jī)的應(yīng)用過程中，核心問題之一是驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)，而驅(qū)動(dòng)器的核心技 術(shù)主要包括了硬件電路設(shè)計(jì)和軟件控制算法設(shè)計(jì)。其中軟件控制算法目前市面上普遍采用 的為基于PID控制器的速度外環(huán)--電流內(nèi)環(huán)算法，亦稱為雙閉環(huán)控制算法，其中速度外環(huán) 確保了速度誤差的收斂性而電流內(nèi)環(huán)則提高了算法的響應(yīng)速度以及大電流保護(hù)等。雙閉環(huán) 控制算法結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)易于調(diào)試，且具有一定的魯棒性和適應(yīng)性，被廣大技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)人 員所接受。
[0004] 然而，這類算法也具有一些不足之處。首先，該算法是基于反饋的，因此誤差產(chǎn)生 在前、占空比響應(yīng)在后，速度跟蹤存在一定程度的滯后。速度外環(huán)的比例控制容易引起超調(diào) 而積分控制容易引起振蕩，難以在穩(wěn)定性和快速性之間獲得更好的平衡；其次，該算法的參 數(shù)是初始化設(shè)定的，隨著使用年限驅(qū)動(dòng)器的電解電容容量變化明顯、電機(jī)也發(fā)生一定程度 老化，另外不同負(fù)載工況下其傳遞函數(shù)零極點(diǎn)發(fā)生顯著偏移，這些因素都導(dǎo)致采用同一組 控制參數(shù)的驅(qū)動(dòng)器表現(xiàn)性能差異較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服已有電機(jī)控制方法的無法兼顧穩(wěn)定性和快速性、無自學(xué)習(xí)能力的不足， 本發(fā)明提供了一種有效兼顧穩(wěn)定性和快速性、自學(xué)習(xí)能力較好的基于轉(zhuǎn)速-電流二維模糊 模型自學(xué)習(xí)的電機(jī)控制方法。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種基于轉(zhuǎn)速-電流二維模糊模型自學(xué)習(xí)的電機(jī)控制方法，包括以下步驟：
[0008] (1)雙閉環(huán)反饋控制過程，具體如下：
[0009] (1.1)根據(jù)t時(shí)刻霍爾傳感器獲得的電機(jī)實(shí)測角速度ws(t)與目標(biāo)速度值w t(t)， 得到角速度誤差ew (t)和角速度誤差積分ew _ (t)，輸入外環(huán)比例積分控制器得到內(nèi)環(huán)電流 目標(biāo)值it (t)，以（t)代表某變量為t時(shí)刻對應(yīng)的值；
[0010] (1.2)內(nèi)環(huán)電流目標(biāo)值it(t)與采樣電流值is(t)做差得到電流誤差 ei(t)和電 流誤差積分ei sUffl(t)，輸入內(nèi)環(huán)比例積分控制器，得到雙閉環(huán)反饋控制器的輸出反饋占空比 db(t)；
[0011] (2)模糊模型前饋控制過程，具體如下：
[0012] (2.1)將t時(shí)刻目標(biāo)速度值^⑴和采樣電流值is(t)映射到二維模糊曲面模型 s(t)，模型S(t)為笛卡爾坐標(biāo)系下的非線性曲面，其中wt(t)對應(yīng)x軸，is(t)對應(yīng)y軸，輸 出的前饋占空比df (t)對應(yīng)z軸；
[0013] (2. 2)按照設(shè)定的步長和分辨率，對X軸和y軸進(jìn)行網(wǎng)格化劃分，X軸表示角速度 w，y軸表示電流i，其上每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)p[u]代表X軸第j個(gè)角速度點(diǎn)和y軸第i個(gè)電流點(diǎn)對 應(yīng)的xy平面上位置，以上角標(biāo)[i，j]來表示該位置網(wǎng)格點(diǎn)的參數(shù)；
[0014] (2.3)根據(jù)網(wǎng)格點(diǎn)p= [wt(t)，is(t)]在xy平面上的位置，檢索到該點(diǎn)所處四邊 形頂點(diǎn)上的四個(gè)點(diǎn)P[i，j]，P[i+1，j]，P [i，j+1]，P[i+1，j+1]，并獲取這四個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的前饋占空比d f[i，j] a),df[i+i'j]a)，df[i' j+i]a)，df[i+i'j+i]a);
[0015] (2. 4)將頂點(diǎn)信息輸入模糊隸屬度函數(shù)，并采用重心法得到網(wǎng)格點(diǎn)p的前饋占空 比df⑴；其中隸屬度值μ [i'j]⑴，μ [i+1'j]⑴，μ [i'j+1]⑴，μ [i+1'j+1]⑴計(jì)算如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于轉(zhuǎn)速-電流二維模糊模型自學(xué)習(xí)的電機(jī)控制方法，包括以下步驟： (1) 雙閉環(huán)反饋控制過程，具體如下： (1. 1)根據(jù)t時(shí)刻霍爾傳感器獲得的電機(jī)實(shí)測角速度Ws (t)與目標(biāo)速度值Wt (t)，得到 角速度誤差ew (t)和角速度誤差積分ew _ (t)，輸入外環(huán)比例積分控制器得到內(nèi)環(huán)電流目標(biāo) 值it (t)，以⑴代表某變量為t時(shí)刻對應(yīng)的值； (1.2) 內(nèi)環(huán)電流目標(biāo)值it(t)與采樣電流值is(t)做差得到電流誤差ei(t)和電流 誤差積*eisUffl(t)，輸入內(nèi)環(huán)比例積分控制器，得到雙閉環(huán)反饋控制器的輸出反饋占空比 db(t)； 其特征在于：所述電機(jī)控制方法還包括如下步驟： (2) 模糊模型前饋控制過程，具體如下： (2. 1)將t時(shí)刻目標(biāo)速度值Wt (t)和采樣電流值is (t)映射到二維模糊曲面模型S(t)， 模型S(t)為笛卡爾坐標(biāo)系下的非線性曲面，其中Wt (t)對應(yīng)X軸，is(t)對應(yīng)y軸，輸出的 前饋占空比df(t)對應(yīng)z軸； (2.2) 按照設(shè)定的步長和分辨率，對X軸和y軸進(jìn)行網(wǎng)格化劃分，X軸表示角速度w，y軸表示電流i，其上每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)P[^代表X軸第j個(gè)角速度點(diǎn)和y軸第i個(gè)電流點(diǎn)對應(yīng)的 xy平面上位置，以上角標(biāo)[i，j]來表示該位置網(wǎng)格點(diǎn)的參數(shù)； (2.3) 根據(jù)網(wǎng)格點(diǎn)p= [wt(t)，is(t)]在xy平面上的位置，檢索到該點(diǎn)所處四邊形頂 點(diǎn)上的四個(gè)點(diǎn)P[i，j]，P[i+1，j]，P[i，j+1]，P[i+1，j+1]，并獲取這四個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的前饋占空比df[i，j](t)，df[i+1'J](t),df[i'J+1](t),df[i+1'J+1](t)； (2. 4)將頂點(diǎn)信息輸入模糊隸屬度函數(shù)，并采用重心法得到網(wǎng)格點(diǎn)p的前饋占空比df(t);其中隸屬度值μ[i'J](t)，μ[i+1'J](t)，μ[i'J+1](t)，μ時(shí)
其中，w[i]，w[i+1]分別是X軸對應(yīng)的第i個(gè)和第i+ 1個(gè)角速度值，iW，ib_+1]分別是y軸 上對應(yīng)的第j個(gè)和第j+Ι個(gè)電流值； (2. 5)根據(jù)四個(gè)定點(diǎn)的信息和隸屬度值按如下公式計(jì)算出前饋占空比df(t)， df(t) =μ[υ\?)?^\〇 +μΙΜ·]\〇?[；+1·]\?) +μ?υ+ι\〇?^+ι](?) + 并疊加到反饋占空比db(t)上，作為最終的控制器輸出占空比。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于轉(zhuǎn)速-電流二維模糊模型自學(xué)習(xí)的電機(jī)控制方法，其 特征在于：所述電機(jī)控制方法還包括如下自學(xué)習(xí)步驟： (3) 模糊模型自學(xué)習(xí)過程： (3. 1)在t時(shí)刻，采樣獲得角速度Ws⑴及角速度誤差ew (t)，將誤差ew⑴輸入自學(xué)習(xí) 控制器； (3.2) 設(shè)定學(xué)習(xí)因子η，根據(jù)誤差?(〇計(jì)算t時(shí)刻p點(diǎn)的修正值A(chǔ)df (t) =Jlew (t); (3.3) 根據(jù)隸屬度值μ[i'j](t_l)，μ[i+1'j](t_l)，μ[i'j+1](t_l)，μ[i+1'j+1](t_l)，將修正 值Λdf (t)解耦為四個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的修正值A(chǔ)f](?)，Δ# +w] (〇，Δ?/f+1](?)，Aflf[/+W+1]⑴；解 耦公式如下：
(3.4) 將t時(shí)刻修正值疊加到對應(yīng)網(wǎng)格點(diǎn)的t-Ι時(shí)刻前饋占空比值d產(chǎn)j]，df[i+1，j]， df[i'j+1]，df[i+1'j+1]上，并以此作為步驟（2. 3)的前饋占空比值，網(wǎng)格點(diǎn)p的最近范圍四個(gè)頂點(diǎn) 的對應(yīng)前饋值學(xué)習(xí)結(jié)果如下公式：
【文檔編號(hào)】H02P6/06GK104270046SQ201410502184
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】吳樂彬 申請人:嘉善博工數(shù)控科技有限公司