【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及永磁同步电机伺服控制的，尤其是涉及一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法。
技术介绍
1、永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,pmsm)以其高效能的特点而闻名。相比传统的感应电机，pmsm在转换电能为机械能时损失更少，因此能够降低能源消耗，提高系统的能源利用率。在追求能源节约和环境友好的今天，pmsm的应用越来越受到重视。伺服控制系统通过实时监测和调整电机的位置、速度和加速度等参数，使系统能够快速、准确地响应外部指令。永磁同步电机伺服控制技术可以实现更高精度的位置控制和更快速的动态响应，因此在需要高性能运动控制的应用中广泛应用，如机器人、数控机床、印刷设备等。考虑到pmsm在工业生产中的重要地位，对其伺服控制的优化工作也成为当下学术界关注的焦点。
2、现有方案存在以下不足：
3、1、从较为传统的双闭环pi控制策略的视角来看，其环路设计简单，设计参数选取机制简洁可靠，具有较强的适用性，但其设计参数kp，ki被认作为局部最优值，在永磁同步电机伺服控制系统所搭载的负载扭矩变化较复杂的情况下，很难保障控制性能满足预期设定。
4、2、现有的一些先进控制器设计要求受控pmsm具有较高建模精度，对参数摄动问题的鲁棒性较差。在工业应用中，传感器的品质好坏难免会引发不同程度的测量噪声，运行场景中温度、湿度都可能会造成控制器失效，使用年限也会造成pmsm的铭牌参数发现偏移，这些都会造成控制精度的下降。
5、3、已有的基于负载扭矩实
6、针对第一点不足，专利(cn113556068b,一种永磁同步电机伺服控制方法及伺服系统,2021.7.12)引入了三阶扩张状态观测器，对系统的扰动及当前负载情况进行辨识补偿，并利用专家经验来确定模糊推理规则，建立参数的模糊规则整定表。随后采用扰动辨识信息对永磁同步电机pid控制参数进行整定调节，进而提高伺服控制系统的性能。此外专利(cn111934585a,一种基于模糊pi控制的永磁同步电机伺服控制系统,2020.6.23)中提出了一种直接模糊pid控制策略，集成pi控制与模糊控制，取二者之长，提升了系统抗干扰能力，有效改善了永磁同步电机伺服控制系统的稳态与动态性能。
7、针对第二点，专利(cn107171609a,一种永磁同步电机转动惯量的辨识方法及系统,2017.2.15)提出里一种转动惯量的辨识方法，通过构建转子速度观测器和输入模型参考自适应辨识算法，得到辨识的转动惯量，提升了辨识的稳定性和用户体验。专利(cn114744946b,基于宽度学习干扰观测器的永磁同步电机控制方法及系统,2022.5.18)通过获取永磁同步电机某段时间内不同控制状态下的干扰观测器输入与输出数据，构建了一个宽度学习干扰观测器，对永磁同步电机控制的扰动进行在线补偿，实现了电机多工况下高性能运行，减少了参数的整定调节。
8、针对第三点，文献(张霄震，等.基于自适应滑模观测器的永磁容错游标轮缘推进电机无位置传感器控制系统)中构建了自适应滑模观测器来估计转子位置以提高控制精度，并且系统具有良好的动静态性能。
9、然而上诉策略并未考虑到负载扭矩或外源干扰大范围，多信号类型切换的情况，故估计环路有可能存在性能较差的情况，这会对反馈回路带来性能控制负担。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了实现自主调度参数，以满足测试永磁同步电机在多类型多强度的负载扭矩情况下保证较优的性能要求而提供的一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，利用强化学习算法赋予的参数自优化能力，外部负载扭矩估计回路和反馈控制器设计环路的带宽因子可以联合自主调度到最合适的值。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，方法包括以下步骤：
4、s1、构建永磁同步电机伺服系统的数学模型；
5、s2、基于所述数学模型，利用非线性高带宽增益负载扭矩和干扰估计器对系统干扰进行重构，构建观测器的估计误差动态系统；
6、s3、基于观测器的估计误差动态系统建立系统的数理稳态模型，得到期望的数理输出值；
7、s4、通过所述数理稳态模型引入数理模型的坐标变换，得到坐标变换后的系统；
8、s5、根据坐标变换和期望的数理输出值得到基准非线性非递归控制律；
9、s6、基于基准非线性非递归控制律得到输出执行律；
10、s7、在永磁同步电机系统中设置估计误差动态系统对应的齐次高增益估计器、强化学习参数整定器和输出执行律对应的非线性非递归控制器，永磁同步电机工作时，获取电机的实际反馈角度位置，并换算为实际角速度，同时获取实际d轴电流，强化学习参数整定器根据当前状态向齐次高增益估计器输出整定的参数l和τ，并向非线性非递归控制器输出整定的参数τ和ι，计算参考角度位置、参考角速度和参考d轴电流分别和实际反馈角度位置、实际角速度和实际d轴电流的差，将计算得到的差输入非线性非递归控制器，非线性非递归控制器输出可执行的q轴电压，可执行的q轴电压输入齐次高增益估计器，齐次高增益估计器向非线性非递归控制器反馈估计参数，可执行的q轴电压和d轴电压输入变换模块和svpwm模块中，输出的pwm信号控制连接电机的三相逆变电路。
11、进一步地，所述期望的数理输出值为：
12、
13、其中，θref表示参考角度位置，b表示粘性摩擦系数，j表示转动惯量，z1，3、z1，2和z2，2分别表示负载转矩一阶导数的估计值，负载转矩的估计值和集总干扰w2的估计值，np表示极对数，ψf表示转子磁链，l表示定子电感，rs表示定子电阻。
14、进一步地，所述基准非线性非递归控制律为：
15、
16、其中，ι和τ为强化学习参数整定器输出的待设计的参数值，k1，k2，k3为设计增益值，
17、
18、其中，ω表示实际角速度，iq表示q轴电流。
19、进一步地，所述观测器的估计误差动态系统为：
20、
21、其中，
22、
23、符号z1，1，z1，2，z1，3，z1，4分别为速度ω，负载转矩及其一阶与二阶导数的估计值；z2，1，z2，2，z2，3分别为x3，集总干扰w2及其一阶导数的估计值，w1为永磁同步电机系统负载扰动。
24、进一步地，齐次高增益估计器向非线性非递归控制器反馈的估计参数为：
25、进一步地，所述强化学习参数整定器中包括智能体，智能体采用ddpg算法训练，所述智能体的训练过程为：
26、获本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，其特征在于，方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，其特征在于，所述期望的数理输出值为：
3.根据权利要求2所述的一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，其特征在于，所述基准非线性非递归控制律为：
4.根据权利要求1所述的一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，其特征在于，所述观测器的估计误差动态系统为：
5.根据权利要求4所述的一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，其特征在于，齐次高增益估计器向非线性非递归控制器反馈的估计参数为：和
6.根据权利要求1所述的一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，其特征在于，所述强化学习参数整定器中包括智能体，智能体采用DDPG算法训练，所述智能体的训练过程为：
7.根据权利要求6所述的一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，其特征在于，当前状态信息为：
8.根据权利要求7所述的一种基于非线性控制策略的永
9.根据权利要求8所述的一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，其特征在于，所述奖励函数为：
10.根据权利要求9所述的一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，其特征在于，所述动作网络的隐藏层数量设置为两层，第一层隐藏层的节点数设置为64，同时第二层隐藏层的节点数也为64，隐藏层和输出层的激活函数为两个ReLU函数和一个线性函数。
...【技术特征摘要】
1.一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，其特征在于，方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，其特征在于，所述期望的数理输出值为：
3.根据权利要求2所述的一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，其特征在于，所述基准非线性非递归控制律为：
4.根据权利要求1所述的一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，其特征在于，所述观测器的估计误差动态系统为：
5.根据权利要求4所述的一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，其特征在于，齐次高增益估计器向非线性非递归控制器反馈的估计参数为：和
6.根据权利要求1所述的一种基于非线性控制策略的永磁同步电机伺服控制方法，其特征在于，所述强化学习参数整定器中包括智能体，智能体采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：张卫东，董鑫，陈宏田，谢涛，张义博，胡智焕，郭东生，熊鹏文，陈超洋，刘若楠，沈国桥，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：
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