一种航空用磁通切换容错电机的转矩脉动抑制方法技术

本发明专利技术提供一种用于航空领域的磁通切换容错电机转矩脉动抑制方法，首先，将电机双凸极结构而形成的较大定位力与外部干扰视为系统扰动，利用自抗扰观测器对其进行观测，并将观测值作为补偿信号反馈到输入端以抵消扰动对系统的影响，同时为提高输入电流的正弦度，采用GaN型(氮化镓)宽禁带电力电子器件实现电机功率变换器高频运行，将观测器延迟时间Tl与高频死区滞后时间Th作为模糊控制器的输入，输出是系统所需的时滞补偿时间Tc，利用Марkов链预测时滞Tc的积累误差，得到具有预测功能的自适应时滞补偿器。本发明专利技术在降低舵机用磁通切换容错电机转矩波动的基础上，抑制了振动、噪声等现象，补偿了时滞延迟，达到改善控制控制系统响应输出特性的目的。

A torque ripple suppression method for Aero magnetic flux switching fault-tolerant motor

The present invention provides a method for motor torque ripple suppression, flux switching fault-tolerant aviation first, larger positioning force and external disturbances of the motor doubly salient structure formed as the disturbance of the system, by observation of the ADRC observer, and the observed value as a compensation signal feedback to the input to offset the effect of disturbance on the system, and to improve the input current of sine wave, with GaN (Dan Huajia) wide band power electronic devices to realize the motor power converter for high frequency operation, the delay time observer Tl with high dead time Th as the input of the fuzzy controller, the output time delay compensation is required for Tc system, the accumulation of error prediction delay Tc alpha, K from the state by keuler chain, with adaptive delay compensator prediction function. The invention reduces the phenomena of vibration and noise on the basis of reducing the torque ripple of the flux switching fault tolerant motor of the steering gear, and compensates for the time delay, so as to improve the output response characteristics of the control and control system.

【技术实现步骤摘要】
一种航空用磁通切换容错电机的转矩脉动抑制方法
本专利技术涉及航空电气控制领域一种舵机用磁通切换容错电机的转矩脉动抑制方法。
技术介绍
高可靠性电机驱动系统对于飞行器、电动汽车而言是非常重要的，容错电机因其良好的带故障运行能力而被广泛关注。开关磁阻电机结构简单，具有容错电机的基本特性，可以通过容错控制来保证平稳运行，但其效率低于永磁电机。然而，传统的永磁电机因为永磁体位于转子，导致电机结构不稳定，并且永磁体难于散热，限制了在高可靠性领域的应用。近年来出现的定子永磁型电机，由于永磁体和绕组均置于电机的定子，而转子上既无绕组也无永磁体。因此，具有效率高、转子结构简单以及永磁体易于散热等优点。而较高的气隙磁密和定转子的双凸极结构致其产生较大的定位力矩，从而引发电机的转速脉动、振动和噪声问题，严重时甚至会影响电机的正常运行。
技术实现思路
本专利技术将自抗扰观测器、基于GaN(氮化镓)宽禁带器件的高频功率变换器、模糊控制器以及Markov链误差预测算法结合在一起，在降低磁通切换容错电机转矩波动的基础上，抑制了振动、噪声等现象，补偿了时滞延迟，达到改善控制控制系统响应输出特性的目的。本专利技术的技术解决方案是：首先，将电机双凸极结构而形成的较大定位力与外部干扰视为系统扰动，利用自抗扰观测器对其进行观测，并将观测值作为补偿信号反馈到输入端以抵消扰动对系统的影响，同时为提高输入电流的正弦度，采用GaN(氮化镓)宽禁带器件实现电机功率变换器高频运行。同时，将观测器延迟时间Tl与高频死区滞后时间Th作为模糊控制器的输入，输出是系统所需的时滞补偿时间Tc，利用Марkов链预测时滞Tc的积累误差，得到具有预测功能的自适应时滞补偿器。将自抗扰观测器、基于GaN(氮化镓)宽禁带器件的高频电力电子变换器、模糊控制器、Марkов链预测以及自适应时滞补偿器结合在一起，在降低磁通切换容错电机转矩波动的基础上，抑制了振动、噪声等现象，补偿了时滞延迟，达到改善控制控制系统响应输出特性的目的。进一步地，将电机双凸极结构而形成的较大定位力与外部干扰视为系统扰动，利用自抗扰观测器对其进行观测，并将观测值作为补偿信号反馈到输入端以抵消扰动对系统的影响，同时为提高输入电流的正弦度、电机驱动的响应速度以及驱动变换器的功率密度，采用GaN(氮化镓)宽禁带器件实现功率变换器的高频化。进一步地，将观测器延迟时间Tl与高频死区滞后时间Th作为模糊控制器的输入，在输入/输出端完成连续域与整数域之间的转换的同时，建立模糊推理机，并搭建模糊规则库，通过解模糊运算输出系统所需的时滞补偿时间Tc。进一步地，设立目标轨迹为平衡位置0，对补偿控制器系数进行目标函数平衡追踪得到一组自适应补偿控制器系数即建立新的具有Марkов链预测时滞的自适应时滞补偿器。本专利技术的有益效果是：一种航空舵机用磁通切换容错电机的转矩脉动抑制方法，将自抗扰观测器、基于GaN(氮化镓)宽禁带器件的高频电力电子变换器、模糊控制器、Марkов链预测以及自适应时滞补偿器结合在一起，在降低磁通切换容错电机转矩波动的基础上，抑制了振动、噪声等现象，补偿了时滞延迟，达到改善控制控制系统响应输出特性的目的。附图说明图1模糊控制器的结构图图2自抗扰观测结构图图3实数域至整数域转换图图4高频死区滞后时间Th的隶属度函数图5观测器延迟时间Tl隶属度函数图6时滞补偿时间Tc隶属度函数具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的优选实施例。实施例将电机双凸极结构而形成的较大定位力与外部干扰视为系统扰动，利用DOB在线估计扰动量作为补偿信号反馈到输入端，以抵消扰动对系统的影响。DOB应用于控制系统的结构如图2所示。其中，P(s)为被控对象的实际模型；Pn(s)为控制对象的标称模型；U为速度环的给定输入信号；Q(s)为低通滤波器；FL为等效的系统扰动；为DOB在线估计的扰动补偿量；V为系统输出。根据图2推导，可以得出DOB加入前后的V(s)传递函数：其中：同时为了说明DOB的作用，令Q(s)＝1，即可推导出：由上式可以看出，当P(s)＝Pn(s)时，DOB在线估算的扰动补偿量能够完全抵消因参数摄动引起的系统扰动FL，当P≠Pn时，DOB估算的不仅包含FL，还包含系统不确定性造成的等效干扰。通过公式(1)DOB加入前后的V(s)传递函数可知，当系统频率小于截止频率时，令Q(s)≈1，若被控对象实际模型等于标称模型，即P(s)＝Pn(s)，则说明系统对参数摄动有较好的鲁棒性；同时说明DOB可以完全抑制Q(s)频带内的系统扰动。当系统频率大于截止频率时，令Q(s)≈0，则DOB的控制性能消失，系统特征与未引入DOB时的系统特征一致。针对公式(4)所示的实际对控对象P(s)，可将低通滤波器Q(s)设计为公式(5)所示的形式，即式中，N≥|λ|-1，M-N≥λ+m-n。设计规则如下：(1)系统鲁棒性随M值的增大而越强，但鲁棒稳定性因较大的相位延迟而变弱。(2)Q(s)的相对阶次必须大于或等于Pn(s)的相对阶次，且Q(s)的高频动态要接近于0，低频动态要接近于1。因此采用三阶滤波器：通过选择不同的τ值，可得到Q(s)不同的截止频率，且截止频率还受到系统不确定性以及高频成分的限制。首先，同时，将观测器延迟时间Tl与高频死区滞后时间Th作为模糊控制器的输入，输出是系统所需的时滞补偿时间Tc，整个模糊控制系统采取双输入、单输出结构，定义量化因子Kl、Kh将输入语言变量的论域从实际的连续域转换成离散的有限整数域，通过定义比例因子Kc将输出语言变量的论域从离散的整数域转换成实际的输出域。Tl＝<Kl*Tl>(7)Th＝<Kh*Th>(8)观测器延迟时间Tl与高频死区滞后时间Th可通过式(7)、(8)转变成模糊控制器实际输入Tl、Th，式中*表示相乘，<>代表取整运算。模糊控制器的输出可通过式(9)转换为实际输出值TcTc＝Tc*Kc(9)电机需求功率Pmot包含9个模糊子集分别为NB、NS、ZE、PS、PM、PB、PVB、PEB、PVEB。隶属度函数取正态分布型(高斯基)函数的形式，其中ai为函数的中心值，bi为函数的宽度。令与{NB，NS，ZE，PS，PM，PB，PVB，PEB，PVEB}对应的高斯基函数的中心值分别为{-20，-10，0，15，30，5，60，75，90}，其隶属度函数如图4所示。观测器延迟时间Tl包含的模糊子集依次为EL，VL，LO，ST，HI，VH，EH。隶属度函数取正态分布型(高斯基)函数的形式，令与{EL，VL，LO，ST，HI，VH，EH}对应的高斯基函数的中心值分别为{0.3，0.4…0.9}，其各子集隶属度函数如图5所示。时滞补偿时间Tc作为模糊控制器的输出，包含的模糊子集依次为ES，VS，SM，MI，BG，VB，EB，VEB。隶属度函数为正态分布型(高斯基)函数的形式，设定与{ES，VS，SM，MI，BG，VB，EB，VEB}对应的高斯基函数的中心值分别为{0，5，10…35}，其各子集隶属度函数如图6所示。设计具有预测功能的自适应时滞补偿器时，利用Марkов链预测时滞Tc的积累误差，在ti时刻，时滞为di时的控制输入为其中，0≤di≤dimax表示系统某一时刻存在的时滞，u本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种航空用磁通切换容错电机的转矩脉动抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：首先，将电机双凸极结构而形成的较大定位力与外部干扰视为系统扰动，利用自抗扰观测器对其进行观测，并将观测值作为补偿信号反馈到输入端以抵消扰动对系统的影响，同时为提高输入电流的正弦度，采用GaN(氮化镓)宽禁带器件实现电机功率变换器高频运行。同时，将观测器延迟时间Tl与高频死区滞后时间Th作为模糊控制器的输入，输出是系统所需的时滞补偿时间Tc，利用Марkов链预测时滞Tc的积累误差，得到具有预测功能的自适应时滞补偿器。将自抗扰观测器、基于GaN(氮化镓)宽禁带器件的高频电力电子变换器、模糊控制器、Марkов链预测以及自适应时滞补偿器结合在一起，在降低磁通切换容错电机转矩波动的基础上，抑制了振动、噪声等现象，补偿了时滞延迟，达到改善控制控制系统响应输出特性的目的。

【技术特征摘要】
1.一种航空用磁通切换容错电机的转矩脉动抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：首先，将电机双凸极结构而形成的较大定位力与外部干扰视为系统扰动，利用自抗扰观测器对其进行观测，并将观测值作为补偿信号反馈到输入端以抵消扰动对系统的影响，同时为提高输入电流的正弦度，采用GaN(氮化镓)宽禁带器件实现电机功率变换器高频运行。同时，将观测器延迟时间Tl与高频死区滞后时间Th作为模糊控制器的输入，输出是系统所需的时滞补偿时间Tc，利用Марkов链预测时滞Tc的积累误差，得到具有预测功能的自适应时滞补偿器。将自抗扰观测器、基于GaN(氮化镓)宽禁带器件的高频电力电子变换器、模糊控制器、Марkов链预测以及自适应时滞补偿器结合在一起，在降低磁通切换容错电机转矩波动的基础上，抑制了振动、噪声等现象，补偿了时滞延迟，达到改善控制控制系统响应输出特性的目的。2.如权利要求1所述的一种航空用磁通切换容错电机的转矩脉动抑制方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亮，朱纪洪，袁夏明，和阳，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11