青岛大学王树波获国家专利权
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龙图腾网获悉青岛大学申请的专利一种基于扩张状态观测器的永磁同步电机固定时间积分滑模控制方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN116015134B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-03发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202310063341.2,技术领域涉及:H02P21/13;该发明授权一种基于扩张状态观测器的永磁同步电机固定时间积分滑模控制方法是由王树波;刘逸坚;王雪设计研发完成,并于2023-01-20向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于扩张状态观测器的永磁同步电机固定时间积分滑模控制方法在说明书摘要公布了:本发明属于永磁同步电机控制技术领域,具体涉及一种基于扩张状态观测器的永磁同步电机固定时间积分滑模控制方法,包括以下步骤:通过扩张状态观测器观测系统的总扰动,并将观测的总扰动嵌入到设计的控制器中作为前馈项对未知扰动进行补偿;设计一种改进的积分滑模面,并以此设计固定时间滑模控制器使系统状态能够固定时间内收敛,积分项能够有效的抑制抖振,增强控制器的性能;根据李雅普诺夫理论证明系统闭环稳定性;仿真实验证明该方法能够对扰动迅速进行补偿,有效抑制抖振,提高系统的跟踪性能,有效增强永磁同步电机伺服系统的控制精度和抗扰动能力,同时保证系统鲁棒性。
本发明授权一种基于扩张状态观测器的永磁同步电机固定时间积分滑模控制方法在权利要求书中公布了:1.一种基于扩张状态观测器的永磁同步电机固定时间积分滑模控制方法,其特征在于,包括以下步骤: S1、建立永磁同步电机的数学模型: 其中,id、iq分别代表d轴和q轴的电流;ud、uq分别代表d轴和q轴的电压;Rs为定子绕组电阻;Ld、Lq分别为d轴和q轴的电感;ψf为永磁体产生的磁链;np为永磁同步电机的极对数;ω为电机机械转子角速度;TL为负载转矩;J为转动惯量;B为摩擦阻尼系数; 为了便于设计扩张状态观测器,对公式2进行如下变换 其中,u=biq*;u为虚拟控制输入,代表为系统总扰动; S2、设计扩张状态观测器 由式3可以看出,d是由负载转矩、扰动惯量、摩擦阻尼所构成的集总扰动,通过观测器把扰动观测出来并将其补偿之后,那么系统能够被近似为一阶积分型的系统,简化模型,减小计算量,对系统的总扰动进行估计,具体过程如下: S2.1建立扩张状态观测器动力学模型: 其中,p1=2p,p2=-p2,p为扩张状态观测器极点;为对电机速度的估计;为系统总扰动d的估计; S2.2定义扩张状态观测器观测误差: 其中,η1为速度的观测误差,η2为扰动的观测误差; 对公式5求导,可得观测误差动态方程为 S3、基于扩张状态观测器设计固定时间积分滑模控制器 通过扩张状态观测器观测系统的总扰动,并将观测的总扰动嵌入到设计的控制器中作为前馈项对总进行补偿,以此消除扰动对系统的影响;具体过程如下: S3.1建立速度误差状态方程: 速度跟踪误差e为: e=ω*-ω7 其中,ω*为期望速度,ω为电机机械转子实际输出角速度; 对公式7求导,可得速度误差状态方程为 其中, S3.2建立固定时间积分滑模控制器模型: 选择固定时间积分滑模面如下 其中,k1和k2为正实数,0<α<1,β>1; 对公式9求导,得到滑模面的导数为 为了使滑模状态保持在滑模面上,设计固定时间积分滑模控制律为 其中,k0、k3、k4均为正实数,且有k0>0.5,α2>1; 将公式11代入公式10,得 其中,且|n|≤n*,n*为正实数; S4、选择李雅普诺夫函数,证明系统稳定性 考虑由永磁同步电机伺服系统、固定时间积分滑模控制器、扩张状态观测器组成的闭环控制系统,所有信号稳定并且跟踪误差能够在固定时间内收敛到足够小的区域内,选取三个李雅普诺夫函数分别证明系统状态趋近到滑模面上、系统状态从滑模面向原点“滑动”、跟踪误差收敛到一个足够小的区域,区域越少,电机速度越靠近期望值,也代表控制性能越强。
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