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专利号: 2022108918213
申请人: 山东交通学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2026-05-15
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于数据驱动二阶积分终端滑模的直流有刷电机控制方法,其特征在于,包括:

获取直流有刷电机的动力学模型;

构建所获取的动力学模型的离散时间方程;

计算所述离散时间方程的扰动估计误差;

根据所述扰动估计误差,计算伪偏导数参数估计误差;

根据所得到的离散时间方程、扰动估计误差和伪偏导数参数估计误差,构建直流有刷电机的二阶离散积分终端滑模控制函数;

分析所述控制函数的稳定性,实现直流有刷电机的控制;

所述直流有刷电机的离散时间方程为:ω(k+1)=f(ω(k),ω(k-1),ω(k-ny),u(k),u(k-1),…,u(k-nu))+d(k),其中ω(k+1)表示k+1时刻的直流有刷电机角速度,u(k)表示k时刻的直流有刷电机的输入电压;d(k)表示扰动或未建模动态,ny和nu均表示系统未知阶数,f(·)表示未知的非线性函数;

在不考虑系统扰动或未建模动态的情况下的k+1时刻的直流电机角速度为:

ωm(k+1)=ω(k+1)-d(k)=f(ω(k),ω(k-1),ω(k-ny),u(k),u(k-1),…,u(k-nu))即ω(k+1)=ωm(k+1)+d(k);

所述直流有刷电机的输出角速度跟踪误差e(k)为:e(k)=ω(k)-ωr(k),其中,ω(k)是系统输出角速度,ωr(k)是期望输出角速度;离散积分终端滑模函数s(k)为:s(k)=e(k)+λE(k-1),其中λ>0,积分误差项表示为:其中,α表示两个奇整数的比值,0<α<1;直流有刷电机的二阶离散积分终端滑模控制函数ρ(k)为:ρ(k)=s(k)+βs(k-1),其中,0≤β≤1,当β=0时则ρ(k)表示传统一阶离散积分终端滑模函数;采用离散趋近律ρ(k+1)=0,即得s(k+1)=-βs(k),ω(k+1)-ωr(k+1)+λE(k)=-βs(k)

2.如权利要求1中所述的一种基于数据驱动二阶积分终端滑模的直流有刷电机控制方法,其特征在于,所获取的直流有刷电机的动力学模型包括直流有刷电机的端电压u(t)、电枢电流ia(t)和负载转矩TL(t);即TL(t)=λω2(t)sign(ω(t))

其中,K表示转矩和反电动势常数、R为电枢电阻、L为电枢电感、J为转子转动惯量、A为阻尼常数、λ为切换增益常数、ω(t)为转子角速度。

3.如权利要求2中所述的一种基于数据驱动二阶积分终端滑模的直流有刷电机控制方法,其特征在于,将所得到的直流有刷电机的端电压u(t)和电枢电流ia(t)合并,得取采样时间为T,将一阶导数和二阶导数分别用一阶差和二阶差分近似,构建直流有刷电机的离散时间差分方程,即ω(k+1)=α1ω(k)+α2ω(k-1)+α3sign(ω(k))ω2(k)+α4sign(ω(k-1))ω2(k-1)+α5u(k)其中,

4.如权利要求1中所述的一种基于数据驱动二阶积分终端滑模的直流有刷电机控制方法,其特征在于,Δu(k)=u(k)-u(k-1),|Δu(k)|≠0时,存在一个伪偏导数φ(k),使得Δωm(k+1)=φ(k)Δu(k),|φ(k)|≤b,b表示个正常数,Δωm(k+1)=ωm(k+1)-ωm(k),即得ωm(k+1)=ωm(k)+φ(k)Δu(k),Δω(k+1)=Δωm(k+1)+Δd(k),Δd(k)=d(k)-d(k-1),ω(k+1)=ω(k)+φ(k)Δu(k)+Δd(k)。

5.如权利要求4中所述的一种基于数据驱动二阶积分终端滑模的直流有刷电机控制方法,其特征在于,根据ω(k+1)=ω(k)+φ(k)Δu(k)+Δd(k)得到延时估计误差为根据所得到的延时估计误差得到离散时间方程的扰动估计误差为即有

6.如权利要求1中所述的一种基于数据驱动二阶积分终端滑模的直流有刷电机控制方法,其特征在于,考虑二次型指标函数在最优条件下,得或|Δu(k-1)|≤ε时,其中,u>0;η∈(0,1];ε表示正常数,为的初始值,且可得其中,δ(k)表示伪偏导数参数估计误差,且

7.如权利要求1中所述的一种基于数据驱动二阶积分终端滑模的直流有刷电机控制方法,其特征在于,假设扰动估计误差即等效控制Δueq(k)为考虑Δueq(k)的鲁棒性,切换控制器Δusw(k)为:Δusw(k)=Δusw(k-1)-λssign(ρ(k));其中,λs>0表示切换控制增益,sign(·)表示符号函数;即得,总控制律Δu(k)为:Δu(k)=Δueq(k)+Δusw(k),即