CN105629737A - 一种内燃机车异步电机内模控制方法 - Google Patents

一种内燃机车异步电机内模控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105629737A
CN105629737A CN201610178116.3A CN201610178116A CN105629737A CN 105629737 A CN105629737 A CN 105629737A CN 201610178116 A CN201610178116 A CN 201610178116A CN 105629737 A CN105629737 A CN 105629737A
Authority
CN
China
Prior art keywords
model
value
internal
output value
time constant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610178116.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105629737B (zh
Inventor
牛剑博
李岩
景晓东
邹会杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CRRC Yongji Electric Co Ltd
Original Assignee
CRRC Yongji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CRRC Yongji Electric Co Ltd filed Critical CRRC Yongji Electric Co Ltd
Priority to CN201610178116.3A priority Critical patent/CN105629737B/zh
Publication of CN105629737A publication Critical patent/CN105629737A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105629737B publication Critical patent/CN105629737B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

一种内燃机车异步电机内模控制方法，其特征在于，通过给被控对象并联一个与被控对象尽量一致的标称模型，利用被控对象的电流输出值与标称模型的电流输出值作差，差值反馈到内模控制器的输入端，与期望电流值作差后输入到内模控制器来抑制参数的变化、模型失配与外部干扰信号。由于内模控制器中滤波时间常数<i>β</i>不能渐变，利用变阻尼算法通过控制调节系数<i>kp</i>对滤波时间常数<i>β</i>进行调节，保证了***的快速性和稳定性。本发明***结构简单、稳定性高；控制方法参数调节方便，不需要大量的计算就能完成。有效改善内燃机车异步电机的动态性能，可应用于工程实践当中。

Description

一种内燃机车异步电机内模控制方法
技术领域
本发明涉及一种内燃机车异步电机内模控制方法。
背景技术
由于单轴功率大、粘着性能好、牵引再生控制方便、节能指标好等优点，目前内燃机车广泛采用交流传动***。对于其控制算法来说，矢量控制几乎已经成为一个工业标准，特别是转子磁场定向，因为可以实现转矩和磁链的解耦控制而在传动***中得到广泛的应用。在低开关频率下，开关周期的增大会带来一系列不利影响：数字控制中的延时增大、电流环带宽降低、转矩和磁链的动态解耦性能变差、电流谐波增大等。这些特点都使大功率传动***的矢量控制不同于传统的小功率***。
内模控制是一种从化工过程控制中发展起来的控制方法，设计原理简单，参数整定直观，鲁棒性强，控制性能好，因此得到了国内外学者的关注。然而，常规内模控制仅有一个可调参数，设计方便，控制简单。但是，在跟踪性和鲁棒性之间只能折中考虑，难以达到双优控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内燃机车异步电机的内模控制方法，以解决现有技术存在的跟踪性和鲁棒性难以达到双优控制的问题。
本发明是采用如下技术方案实现的：一种内燃机车异步电机的内模控制方法，通过给被控对象并联一个与被控对象尽量一致的标称模型，利用被控对象的电流输出值与标称模型的电流输出值作差，得到的差值经过一个反馈控制器，反馈到内模控制器的输入端，与期望电流值作差后输入到内模控制器来抑制参数的变化、模型失配与外部干扰信号；将变阻尼算法引入到内模控制器当中，利用变阻尼算法对参数kp调整，达到对内模控制器滤波时间常数β的调整，所述方法包括如下环节：
1)给出重构的标称模型Gn(s)，即异步电机电流环的模型为：其中σ为漏磁系数，ωs为磁场同步旋转角速度，Ls为定子电感，Rs为定子电阻；异步电机内模控制器电流输出表达式为：其中，e(s)为被控对象的电流输出值与标称模型电流输出值之差，即s为频域拉普拉斯算子，G(s)为被控对象模型，即异步电机，R(s)为期望电流值，d(s)为外部扰动，C(s)为内模控制器C(s)＝f(s)·[Gn(s)]-1，β是滤波时间常数；kp是由变阻尼算法得到的一个调节系数，可以通过控制kp来实现对R(s)和e(s)的调节；
2)上述1)中提到的由变阻尼算法得到的kp由下面方程确定：式中，k1是变阻尼算法启动开始时希望加入的较大阻尼参数值，k2是调节斜率值，kp为阻尼参数输出值，v(t)为变阻尼算法的输入值，也就是内模控制中所设计的滤波时间常数β，x1和x2为两个状态变量；其中x1是跟踪v(t)，而x2是作为v(t)的“近似微分”，a为阻尼表达式的跟踪控制斜率，当a增大时，x1跟踪v(t)越快，反之，x1跟踪v(t)越慢。
本发明利用变阻尼算法对内模控制器滤波时间常数进行动态调节，在启动阶段给定k1倍滤波参数，启动完成后，恢复为v(t)倍滤波参数。本发明***结构简单、稳定性高；控制方法参数不需要大量的计算就能完成。有效改善内燃机车异步电机的动态性能，可应用于工程实践当中。
附图说明
图1为免疫二自由度内模控制的永磁同步电机***框图。
图2为内模控制框图。
图3为变阻尼微分***非线性函数。
图4为变阻尼内模控制框图。
具体实施方案
本发明为一种内燃机车异步电机内模控制方法，以改善异步电机的内模控制全程范围内固定滤波时间常数的问题。由附图2知，通过给被控对象并联一个与被控对象尽量一致的标称模型，利用被控对象的电流输出值与标称模型的电流输出值作差，经过一个反馈控制器，反馈到内模控制器的输入端，与期望电流值作差后输入到内模控制器来抑制参数的变化、模型失配与外部干扰信号，以提高***的鲁棒性。所述控制方法包括如下环节：
1)给出重构的标称模型Gn(s)，即异步电机的模型为：σ＝1-Lm 2/(LsLr)为漏磁系数，ωs为磁场同步旋转角速度，Ls为定子电感，Rs为定子电阻，Lm指的是电机的互感，Lr为电机转子电感；异步电机电流输出表达式为：s为频域拉普拉斯算子，G(s)为被控对象模型，即异步电机，R(s)为期望电流值，d(s)为外部扰动，C(s)为内模控制器；由上述电流输出表达式可以看出，当C(s)＝[Gn(s)]-1时，保证了电流值的输出很好的跟踪期望的给定值。为了保证内模控制器的可实现性，给C(s)加入低通滤波器内模控制器的最终实现形式为C(s)＝f(s)·[Gn(s)]-1。将C(s)代入到电流输出表达式中得到其中，e(s)为被控对象的电流输出值与标称模型电流输出值之差，即kp是由变阻尼算法得到的一个调节系数，β是滤波常数。可以通过控制kp来实现对R(s)和e(s)的调节。
2)上述1)中提到的由变阻尼算法得到的kp由下面方程确定：附图3给出了跟踪微分器sat(A,δ)的一个动态过程，希望在启动开始时加入较大阻尼值，接近稳态时加入较小阻尼值，因此把跟踪微分器的输出倒用。则变阻尼参数注入值由下面方程确定：式中，k1是启动开始时希望加入的较大阻尼参数值，k2是调节斜率值，kp为阻尼参数输出值，v(t)为输入值，也就是内模控制中所设计的滤波时间常数β，δ为比较阈值，x1和x2为两个状态变量；其中x1是跟踪v(t)，而x2是作为v(t)的“近似微分”，a为阻尼表达式的跟踪控制斜率，当a增大时，x1跟踪v(t)越快，反之，x1跟踪v(t)越慢。将所得的阻尼值kp引入的内模控制器C(s)中，通过的调整对kp的调整达到对滤波时间常数的调整的目的，如附图4所示。
3)采用成熟的转子磁场定向矢量控制技术进行设计，由附图1知，给定转矩值T*与给定转子磁链通过计算得到期望给定的电流值iq *，即R(s)，式中，np为极对数。给定转子磁链通过计算得到期望给定的励磁电流值id *，Tr为转子时间常数。由电流传感器检测出的永磁同步电机定子三相电流ia、ib、ic，并经过3/2变换，得到两相静止电流iα、iβ。再经过park变换得到两相旋转坐标系下的电流id和iq。将id和iq作为反馈电流，将q轴电流的期望值与反馈电流值iq作差，得到电流误差Δiq，d轴的电流给定值id *与反馈电流值id作差，得到Δid，经过变阻尼内模控制器的调节输出Ud、Uq，Ud、Uq再经Park反变换输出Uα、Uβ，最后通过空间矢量脉宽调制模块输出六路PWM信号供给逆变器工作，逆变器输出将直流母线电压Udc以PWM波的形式将电压施加到异步电机上。控制***所需的转速、电流信号分别由编码器、电流传感器得到。

Claims (1)

1.一种内燃机车异步电机的内模控制方法，其特征是：通过给被控对象并联一个与被控对象尽量一致的标称模型，利用被控对象的电流输出值与标称模型的电流输出值作差，差值反馈到内模控制器的输入端，与期望电流值作差后输入到内模控制器来抑制参数的变化、模型失配与外部干扰信号；由于内模控制器中滤波时间常数β不能渐变，利用变阻尼算法通过控制调节系数kp对滤波时间常数β进行调节，所述方法包括如下环节：
1)给出重构的标称模型Gn(s)，即异步电机电流环的模型为：异步电机内模控制器电流输出表达式为：其中，e(s)为被控对象的电流输出值与标称模型电流输出值之差，即s为频域拉普拉斯算子，G(s)为被控对象模型，即异步电机，R(s)为期望电流值，d(s)为外部扰动，C(s)为内模控制器C(s)＝f(s)·[Gn(s)]-1，β是滤波时间常数；kp是由变阻尼算法得到的一个调节系数，可以通过控制kp来实现对R(s)和e(s)的调节；
2)上述1)中提到的由变阻尼算法得到的kp由下面方程确定：式中，是启动开始时希望加入的较大阻尼参数值，k2是调节斜率值，kp为阻尼参数输出值，v(t)为输入值，也就是内模控制中所设计的滤波时间常数β，δ为比较阈值，x1和x2为两个状态变量；其中x1是跟踪v(t)，而x2是作为v(t)的“近似微分”，a为阻尼表达式的跟踪控制斜率，当a增大时，x1跟踪v(t)越快，反之，x1跟踪v(t)越慢。
CN201610178116.3A 2016-03-25 2016-03-25 一种内燃机车异步电机内模控制方法 Active CN105629737B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610178116.3A CN105629737B (zh) 2016-03-25 2016-03-25 一种内燃机车异步电机内模控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610178116.3A CN105629737B (zh) 2016-03-25 2016-03-25 一种内燃机车异步电机内模控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105629737A true CN105629737A (zh) 2016-06-01
CN105629737B CN105629737B (zh) 2018-02-16

Family

ID=56044806

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610178116.3A Active CN105629737B (zh) 2016-03-25 2016-03-25 一种内燃机车异步电机内模控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105629737B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106712625A (zh) * 2017-01-22 2017-05-24 西安理工大学 一种基于内模观测器的异步电机控制方法
CN107990929A (zh) * 2017-11-28 2018-05-04 漳州科华技术有限责任公司 滤波时间常数的控制方法及装置、计算机装置、存储介质
CN110979024A (zh) * 2019-12-20 2020-04-10 合肥工业大学 一种基于内模的电动汽车速度跟踪控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5537310A (en) * 1993-12-27 1996-07-16 Yamatake-Honeywell Co., Ltd. Internal Model Controller with automatically correcting gain of the internal model controller
CN102281029A (zh) * 2011-08-31 2011-12-14 南京信息职业技术学院 一种无轴承同步磁阻电机悬浮***构造方法
CN102361429A (zh) * 2011-09-13 2012-02-22 江苏大学 基于神经网络逆***理论的无轴承异步电机控制方法
CN102426420A (zh) * 2011-11-27 2012-04-25 中国科学院光电技术研究所 一种强鲁棒性的运动载体光电稳定平台控制***
CN103023398A (zh) * 2012-11-19 2013-04-03 西安理工大学 一种永磁同步电机内模控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5537310A (en) * 1993-12-27 1996-07-16 Yamatake-Honeywell Co., Ltd. Internal Model Controller with automatically correcting gain of the internal model controller
CN102281029A (zh) * 2011-08-31 2011-12-14 南京信息职业技术学院 一种无轴承同步磁阻电机悬浮***构造方法
CN102361429A (zh) * 2011-09-13 2012-02-22 江苏大学 基于神经网络逆***理论的无轴承异步电机控制方法
CN102426420A (zh) * 2011-11-27 2012-04-25 中国科学院光电技术研究所 一种强鲁棒性的运动载体光电稳定平台控制***
CN103023398A (zh) * 2012-11-19 2013-04-03 西安理工大学 一种永磁同步电机内模控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李周平: "异步电机定子电流内模自适应控制及实现", 《西安工业大学学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106712625A (zh) * 2017-01-22 2017-05-24 西安理工大学 一种基于内模观测器的异步电机控制方法
CN106712625B (zh) * 2017-01-22 2019-03-22 西安理工大学 一种基于内模观测器的异步电机控制方法
CN107990929A (zh) * 2017-11-28 2018-05-04 漳州科华技术有限责任公司 滤波时间常数的控制方法及装置、计算机装置、存储介质
CN107990929B (zh) * 2017-11-28 2020-08-28 漳州科华技术有限责任公司 滤波时间常数的控制方法及装置、计算机装置、存储介质
CN110979024A (zh) * 2019-12-20 2020-04-10 合肥工业大学 一种基于内模的电动汽车速度跟踪控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105629737B (zh) 2018-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107317532B (zh) 基于滑模的永磁同步电机预测电流控制方法和***
CN107302330B (zh) 一种表贴式永磁同步电机最小损耗控制方法
CN108336935B (zh) 一种反步控制协同eso的直线电机控制方法
CN106936134B (zh) 三相电压源型换流器的有源阻尼控制装置和控制***
CN110764418A (zh) 基于有限时间收敛扩张状态观测器的自抗扰控制器
CN103441726A (zh) 基于比例谐振调节器的双三相永磁电机矢量控制方法
CN103762924A (zh) 一种永磁同步电机扭矩输出控制***
CN106655938A (zh) 基于高阶滑模方法的永磁同步电机控制***及控制方法
CN106788049B (zh) 基于级联滑模观测器的无速度传感器转矩控制***及方法
CN107078675A (zh) 逆变器控制装置以及电机驱动***
CN104753418A (zh) 一种基于电压切割法的开绕组永磁同步电机***弱磁控制方法
CN105262395A (zh) 基于滑模控制理论的永磁同步电机的控制方法及***
CN107017811A (zh) 用于无电解电容电机驱动***的永磁电机控制器及方法
CN106849812A (zh) 一种基于磁链补偿的异步电机控制方法
Zhang et al. Robust plug-in repetitive control for speed smoothness of cascaded-PI PMSM drive
CN104393798A (zh) 一种基于积分滑模和扰动观测器的电动自行车控制方法
CN105629737A (zh) 一种内燃机车异步电机内模控制方法
CN113241765B (zh) 并网逆变器全等效并联电阻有源阻尼控制方法
CN104977850A (zh) 一种基于分数阶预测器的无时滞鲁棒伺服电机控制方法
CN112448409A (zh) 一种基于分数阶滑模控制的无刷双馈电机低压穿越技术
CN106712643A (zh) 光伏水泵控制方法及装置
CN110096077B (zh) 开关磁阻电机非奇异快速终端滑模转速控制方法及***
Zhang et al. Research on dead-time compensation of inverter based on fuzzy adaptive PI control
CN114531087B (zh) 一种基于电流源逆变器的高速永磁同步电机优化控制方法
CN103219937B (zh) 基于igct五电平的双绕组大功率防爆电机***的控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant