【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及两自由度开关磁阻电机强鲁棒旋转运动控制领域，尤其是一种基于自抗扰控制器和灰色预测模型的两自由度开关磁阻电机强鲁棒旋转运动控制方法。
技术介绍
1、两自由度开关磁阻电机具有容错能力强、控制参数多和控制方式灵活等优点，在自动化控制、器械力臂、机器人关节等多自由度运动的领域具有良好的应用前景。两自由度开关磁阻电机的转速、电感、负载转矩等参数的变化会干扰电机正常运行，降低系统的运行性能。传统的两自由度开关磁阻电机旋转运动控制方法针对单闭环控制进行鲁棒性提升，这会在很大程度上限制控制方法双闭环鲁棒性的全面提升，难以达到两自由度开关磁阻电机旋转运动的强鲁棒控制性能。因此，为避免系统扰动对两自由度开关磁阻电机旋转运动的影响，实现两自由度开关磁阻电机旋转运动控制方法的强鲁棒控制目标，亟需提出有效的解决方案。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对已有技术中存在问题，提供一种两自由度开关磁阻电机强鲁棒旋转运动控制方法。
2、本专利技术提出的技术方案为：
3、一种两自由度开关磁阻电机强鲁棒旋转运动控制方法，其特征在于：基于旋转运动参考转速和实际转速设计自抗扰控制器得到参考电流，通过电流传感器得到各相绕组实际电流，将各相绕组连续四个采样点的实际电流构成的原始数据序列输入到设计的一阶单变量灰色预测模型得到下一采样点各相绕组预测电流，结合参考电流、各相绕组预测电流和代价函数选择最优开关状态实现两自由度开关磁阻电机旋转运动的强鲁棒控制。
4、本专利技术的一种
5、步骤1：设计跟踪微分器，生成转速跟踪信号；
6、步骤2：设计扩张状态观测器，对两自由度开关磁阻电机旋转运动的转速和总扰动进行估计；
7、步骤3：设计非线性误差反馈控制律，得到控制信号参考电流；
8、步骤4：建立一阶单变量灰色预测模型，预测下一采样点的电流值；
9、步骤5：基于自抗扰控制器的参考电流和一阶单变量灰色预测模型的预测电流选择最优开关状态实现两自由度开关磁阻电机旋转运动的强鲁棒控制；
10、进一步的，根据两自由度开关磁阻电机的机械方程，将电磁转矩公式代入到机械方程中得到：
11、
12、式中，是两自由度开关磁阻电机旋转运动加速度；是电机电感对转子位置角的导数；j是转动惯量；d是粘性摩擦系数；ω是两自由度开关磁阻电机旋转运动转速；i是两自由度开关磁阻电机的相电流；tl是负载转矩；te是电磁转矩。
13、将旋转运动转速外环设计为一阶自抗扰控制器，对应的一阶系统状态方程为：
14、
15、式中，u＝i2；是两自由度开关磁阻电机旋转运动加速度；f(t)是系统内外总扰动；bu是控制量；y是输出信号；ω是两自由度开关磁阻电机旋转运动转速。
16、电流较低的情况下，不考虑电感的饱和情况时，dl/dθ可以看作常数，定义k＝dl/dθ，k的计算公式为：
17、
18、式中，lmax、lmin是电感的最大值和最小值；θup是电感上升区间。
19、一阶自抗扰控制器是由跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性误差反馈控制律三部分组成的，跟踪微分器是对两自由度开关磁阻电机旋转运动转速ω进行过渡调节，输入的转速信号经过跟踪微分器后会输出平滑的转速信号，且能快速的跟踪上给定转速。给定转速ω*输入到跟踪微分器中，经过微分跟踪器后得到快速平滑的跟踪信号z11，跟踪微分器的离散表达式为：
20、
21、式中，k为第k个采样时间点；ω*(k)是k时刻的转速给定值；z11(k)和z11(k+1)分别是k和(k+1)时刻的转速跟踪值；e1是k时刻的转速跟踪误差；t是采样周期；r是速度跟踪因子；α1是非线性因子；δ1是滤波因子。
22、fal非线性函数具有滤波功能，fal函数的表达式为：
23、
24、式中，e为误差；α为非线性因子；δ为滤波因子；
25、扩张状态观测器是将两自由度开关磁阻电机旋转运动实际转速ω输入到扩展状态观测器中，对旋转运动转速控制系统的转速和扰动进行估计，分别得到转速观测值z21和系统总扰动估计值z22，扩张状态观测器的离散表达式为：
26、
27、式中，ω(k)是k时刻电机的实际转速；z21(k)和z21(k+1)分别是k和(k+1)时刻电机转速的估计值；z22(k)和z22(k+1)分别是k和(k+1)时刻系统总扰动估计值；u(k)是k时刻扰动补偿后的控制信号；e2是k时刻的估计误差；t是采样周期；β1和β2是扩张状态观测器的增益参数；α2是非线性因子；δ2是滤波因子；b是系统的输入系数。
28、非线性误差反馈控制律是将跟踪微分器的转速跟踪信号z11，与扩张状态观测器对跟踪信号z21的估计值作差，经过控制律得到控制信号u0，非线性误差反馈控制律的离散表达式为：
29、
30、式中，z11(k)是k时刻转速跟踪信号值；z21(k)是k时刻转速估计值；e3是k时刻的误差；u0(k)是k时刻控制信号；λ是反馈增益；α3是非线性因子；δ3是滤波因子。
31、两自由度开关磁阻电机旋转运动控制量表达式为：
32、
33、式中，u0(k)是k时刻非线性控制律处理得到的控制量；u(k)是k时刻扰动补偿后的最终控制量；z22(k)是k时刻电机总扰动估计值；b是系统的输入系数。
34、两自由度开关磁阻电机旋转运动参考电流表达式为：
35、
36、式中，iref是参考电流；u是自抗扰控制器输出的最终控制信号。
37、进一步的，根据各相绕组的实际电流建立一阶单变量灰色预测模型来预测下一个采样点的电流值。
38、基于各相绕组四个采样点的实际电流构成原始电流序列表达式为:
39、i(0)＝{i(0)(1),i(0)(2),i(0)(3),…,i(0)(n)} (10)
40、式中，i(0)是原始电流序列；i(0)(n)是开关磁阻电机各相绕组对应采样点实际电流值。
41、电流累加生成序列表达式为:
42、i(1)＝{i(1)(1),i(1)(2),i(1)(3),…,i(1)(n)} (11)
43、式中，i(i)是电流累加生成序列；
44、背景值z(1)(k)的计算表达式为：
45、
46、式中，i(1)(k-1)和i(1)(k)是一次累加序列中第(k-1)和k个电流累加值；z(1)(k)是第k个背景值。
47、根据原始电流序列i(0)和背景值z(1)(k)得到预测模型的白化方程组为：
48、
49、式中，i(0)(2)、i(0)(3)、i(0)(n)分别是原始电流序列i(0)中第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种两自由度开关磁阻电机强鲁棒旋转运动控制方法，其特征在于：基于旋转运动参考转速和实际转速设计自抗扰控制器得到参考电流，通过电流传感器得到各相绕组实际电流，将各相绕组连续四个采样点的实际电流构成的原始数据序列输入到设计的一阶单变量灰色预测模型得到下一采样点各相绕组预测电流，结合参考电流、各相绕组预测电流和代价函数选择最优开关状态实现两自由度开关磁阻电机旋转运动的强鲁棒控制。
2.根据权利要求1所述的一种两自由度开关磁阻电机强鲁棒旋转运动控制方法包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种两自由度开关磁阻电机强鲁棒旋转运动控制方法，其特征在于：基于旋转运动参考转速和实际转速设计自抗扰控制器得到参考电流，通过电流传感器得到各相绕组实际电流，将各相绕组连续四个采样点的实际电流构成的原始数据序列输入到设计的一阶单变量灰色预...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩国强，王怡歌，张麟，贾政，程鹤，于东升，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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