本發(fā)明主要是針對(duì)永磁同步電機(jī)的控制過(guò)程，是一種解決由于永磁同步電機(jī)過(guò)程中發(fā)熱而導(dǎo)致永磁同步電機(jī)的參數(shù)發(fā)生變化，原控制器無(wú)法滿(mǎn)足電機(jī)的控制性能的問(wèn)題的方法。

技術(shù)背景

永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、損耗小、效率高，和直流電機(jī)相比，它沒(méi)有直流電機(jī)的換向器和電刷等確定，而且不需要無(wú)功勵(lì)磁電流，因而效率高，功率因素高，力矩慣量比大，定子電流和電子電阻損耗小，且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測(cè)，控制性能好。因此該電機(jī)廣泛的應(yīng)用帶航空航天、機(jī)器人等領(lǐng)域。因此永磁同步電機(jī)一直是工業(yè)領(lǐng)域和科研領(lǐng)域重要的研究課題。但是當(dāng)永磁同步電機(jī)工作過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，該項(xiàng)現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中參數(shù)值發(fā)生變化，導(dǎo)致原有的控制器將無(wú)法滿(mǎn)足電機(jī)的調(diào)速性能等要求，并且永磁同步電機(jī)具有非線性、強(qiáng)耦合等特點(diǎn)，因此對(duì)于永磁同步電機(jī)的性能控制難度比較大。

對(duì)于永磁同步電機(jī)的控制技術(shù)目前大部分研究都是基于傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與電機(jī)參數(shù)有關(guān)，因此參數(shù)的準(zhǔn)確性，決定了控制器的性能，但是由于生產(chǎn)工藝的變化或負(fù)載特性的不確定性，系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中由于發(fā)熱等導(dǎo)致的參數(shù)的變化，因此怎樣在負(fù)載的環(huán)境下能夠永磁同步電機(jī)良好的工作性能是現(xiàn)如今急需解決的問(wèn)題，是研究領(lǐng)域一大熱點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)多模型自適應(yīng)混合控制的永磁同步電機(jī)控制方法，以解決由于永磁同步電機(jī)因工作發(fā)熱而導(dǎo)致的電機(jī)參數(shù)變化而導(dǎo)致的參數(shù)不確定性問(wèn)題，能夠保證在電機(jī)參數(shù)在一定范圍變化的時(shí)候仍然能夠保證電機(jī)良好的調(diào)速性能，和良好的暫態(tài)性能。

為了解決永磁同步電機(jī)的部分參數(shù)在一定范圍變化的控制問(wèn)題，必須采用一種新穎的控制方法-基于運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的多模型自適應(yīng)混合控制方法。要實(shí)現(xiàn)這種控制方法，必須通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

S100：根據(jù)永磁同步電機(jī)的激勵(lì)建立電機(jī)的機(jī)理模型，然后將電機(jī)的機(jī)理模型進(jìn)行離散化，得到電機(jī)的輸入輸出3階離散模型。

S200：根據(jù)模型參數(shù)變化的區(qū)間，結(jié)合一定的分解原則對(duì)變化區(qū)間進(jìn)行分解，得到子區(qū)間，然后在每個(gè)子區(qū)間建立子模型，從而獲得多模型集，最后采用魯棒H_∞方法對(duì)每個(gè)子模型設(shè)計(jì)魯棒控制器。

S300：根據(jù)被控對(duì)象的辨識(shí)參數(shù)在當(dāng)前時(shí)刻的信息，再根據(jù)平滑函數(shù)求取子模型參與混合的混合信號(hào)；再根據(jù)被控對(duì)象的辨識(shí)參數(shù)的信息預(yù)判參數(shù)在重疊子空間的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，從而預(yù)判子模型參數(shù)混合的權(quán)值；將兩種混合信號(hào)綜合，同時(shí)歸一化，得到每個(gè)子模型在重疊區(qū)間參與混合的綜合混合信號(hào)。

S400：最后根據(jù)綜合混合信號(hào)求取被控對(duì)象的混合控制器，從而保證當(dāng)永磁同步電機(jī)的參數(shù)在一定范圍變化的時(shí)候，仍能夠具有良好的工作性能。

附圖說(shuō)明

圖1為Clark變換圖。

圖2為Park變換圖。

圖3為PMSM磁鏈?zhǔn)噶考岸ㄗ与娏鲌D。

圖4為伏安法測(cè)量永磁同步電機(jī)定子電阻圖。

圖5為永磁同步電機(jī)定子電感測(cè)量圖。

圖6為離散系統(tǒng)模型圖。

圖7為兩個(gè)未知參數(shù)情況下運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)圖。

圖8為永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速仿真結(jié)果圖。

圖9為永磁同步電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中自控型參與混合情況的繪示圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合權(quán)利中的附圖，對(duì)本文的發(fā)明提供基于多模型自適應(yīng)混合控制的詳細(xì)的描述，其為本發(fā)明可選的實(shí)施，可以認(rèn)為本發(fā)明的可選實(shí)施例，可以認(rèn)為本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不改變本發(fā)明的核心理論和內(nèi)同范圍能夠?qū)ζ溥M(jìn)行修改和潤(rùn)色。

本方法的構(gòu)思是：

整個(gè)控制結(jié)構(gòu)主要由四個(gè)部分組成

第一，根據(jù)永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作原理和相關(guān)假設(shè)，得出永磁同步電機(jī)的方程，但是根據(jù)連續(xù)的方程很難進(jìn)行分析。因此首先根據(jù)給定的相關(guān)假設(shè)，得到永磁同步電機(jī)的離散輸入輸出方程。第二，根據(jù)離散輸出模型的參數(shù)變化區(qū)間進(jìn)行分解，獲得子區(qū)間，然后采用魯棒H_∞理論對(duì)每個(gè)子模型設(shè)計(jì)魯棒子控制器。第三，根據(jù)被控對(duì)象的未知參數(shù)的當(dāng)前辨識(shí)參數(shù)信號(hào)和前一時(shí)刻辨識(shí)參數(shù)信息預(yù)判未知參數(shù)在重疊子區(qū)間得到辨識(shí)參數(shù)，給定參與混合子模型的權(quán)值，再根據(jù)平滑函數(shù)求取子模型參與混合的混合信號(hào)；再根據(jù)被控對(duì)象的辨識(shí)參數(shù)的信息預(yù)判參數(shù)在重疊子空間的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，從而預(yù)判子模型參數(shù)混合的權(quán)值；將兩種混合信號(hào)綜合，同時(shí)歸一化，得到每個(gè)子模型在重疊區(qū)間參與混合的綜合混合信號(hào)。第四，最后根據(jù)綜合混合信號(hào)和被控對(duì)象的子控制器，求取在重疊區(qū)間求取被控對(duì)象的混合控制器，從而保證當(dāng)永磁同步電機(jī)的參數(shù)在一定范圍變化的時(shí)候，仍能夠具有良好的調(diào)速性能。

本文解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：

一種永磁同步電機(jī)的控制方法：基于運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的多模型自適應(yīng)混合控制方法，其設(shè)計(jì)步驟包括以下方面：

S1：根據(jù)權(quán)利書(shū)要求的介紹，根據(jù)永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)原理和工作原理，聯(lián)立求取永磁同步電機(jī)的方程，但是這樣的機(jī)理方程不利于實(shí)際的研究，對(duì)于采用這樣的方程進(jìn)行分析難度很大，因此在根據(jù)永磁同步電機(jī)的本質(zhì)特征和基本的假設(shè)條件下，將機(jī)理方程離散化，得到輸入輸出ARMAX方程。

亦即步驟S100：根據(jù)永磁同步電機(jī)的激勵(lì)建立電機(jī)的機(jī)理模型，然后將電機(jī)的機(jī)理模型進(jìn)行離散化，得到電機(jī)的輸入輸出3階離散模型。

S2：由于工作過(guò)程中負(fù)載等發(fā)生變化，以及會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，因此永磁同步電機(jī)的參數(shù)也會(huì)發(fā)生響應(yīng)的變化，如果采用固定控制器對(duì)其記性控制，將產(chǎn)生較差的調(diào)速性能，因此需要多模型的變化參數(shù)區(qū)間進(jìn)行分級(jí)，建立多模型集。然后根據(jù)獲得的子模型新設(shè)計(jì)魯棒控制。

亦即步驟S200；根據(jù)模型參數(shù)變化的區(qū)間，結(jié)合一定的分解原則對(duì)變化區(qū)間進(jìn)行分解，得到子區(qū)間，然后在每個(gè)子區(qū)間建立子模型，從而獲得多模型集，最后采用魯棒H_∞方法對(duì)每個(gè)子模型設(shè)計(jì)魯棒控制器。

S3：根據(jù)被控對(duì)象的離散模型，對(duì)其未知參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，得到當(dāng)前時(shí)刻辨識(shí)參數(shù)的信息，和前一刻辨識(shí)參數(shù)的信息預(yù)判未知參數(shù)在重疊子區(qū)間運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，并且根據(jù)這樣的預(yù)判信息給出每個(gè)參與混合的子控制器的權(quán)值；然后根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的辨識(shí)參數(shù)的信息，采用平滑函數(shù)求取每個(gè)子模型的混合信息；然后將這兩種混合信息進(jìn)行綜合，然后歸一化得到每個(gè)子控制器在重疊區(qū)間參與混合的實(shí)際權(quán)值。

亦即步驟S3：根據(jù)被控對(duì)象的辨識(shí)參數(shù)在當(dāng)前時(shí)刻的信息，再根據(jù)平滑函數(shù)求取子模型參與混合的混合信號(hào)；再根據(jù)被控對(duì)象的辨識(shí)參數(shù)的信息預(yù)判參數(shù)在重疊子空間的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，從而預(yù)判子模型參數(shù)混合的權(quán)值；將兩種混合信號(hào)綜合，同時(shí)歸一化，得到每個(gè)子模型在重疊區(qū)間參與混合的綜合混合信號(hào)。

S4：最后根據(jù)根據(jù)求取的綜合混合信號(hào)，結(jié)合在重疊區(qū)間參與混合的子控制器得到被控對(duì)象的綜合控制器，從而能夠保證永磁同步電機(jī)在變化參數(shù)區(qū)間內(nèi)能夠保證電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和良好的調(diào)速性能。

亦即步驟S400：最后根據(jù)綜合混合信號(hào)求取被控對(duì)象的混合控制器，從而保證當(dāng)永磁同步電機(jī)的參數(shù)在一定范圍變化的時(shí)候，仍能夠具有良好的工作性能。

步驟S1中根據(jù)永磁同步電機(jī)的原理電機(jī)的機(jī)理模型，并且進(jìn)行離散化，其理論如下：

根據(jù)永磁同步電機(jī)的工作原理，建立電機(jī)的三相靜止坐標(biāo)系下的PMSM數(shù)學(xué)模型，同時(shí)為了簡(jiǎn)化建模的難度，考慮主要因素，忽略次要因素，對(duì)永磁同步電機(jī)做出如下假設(shè)：

(1)忽略磁路飽和效應(yīng)；

(2)永磁體磁鏈恒定不變，且轉(zhuǎn)子永磁體安裝方式為面貼式；

(3)轉(zhuǎn)子上沒(méi)有阻尼繞組；

(4)忽略空間諧波，三相定子繞組對(duì)稱(chēng)分布定子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形為正弦波。

(5)忽略鐵芯損耗。

基于以上假設(shè)，在三相靜止坐標(biāo)系下對(duì)三相PMSM進(jìn)行建模。三相PMSM定子繞組電壓方程可表示為：

式中，u_sA、u_sB、u_sC--A、B、C三相繞組的電壓(V)；

i_sA、i_sB、i_sC--ABC三相繞組的電流(A)；

ψ_sA、ψ_sB、ψ_sC--ABC三相繞組的磁鏈(Wb)；

R_s--定子相電阻(Ω)。

則式(1)可表示矢量形式為：

式中，u_s--定子電壓矢量(V)；

i_s--定子電流矢量(A)；

ψ_s--定子磁鏈?zhǔn)噶?Wb)。

三相PMSM定子磁鏈方程為：

式中，ψ_sA、ψ_sB、ψ_sC--三相定子繞組痛轉(zhuǎn)子永磁體交鏈形成的磁鏈(Wb)。

由于PMSM轉(zhuǎn)子永磁體為面貼式，轉(zhuǎn)子位置不影響三相繞組的電感值，而且都為常數(shù)。于是有：

L_A＝L_B＝L_C＝L_sσ+L_ml (4)

式中，L_A、L_B、L_C--定子三相繞組自感(H)；

L_sσ--定子三相繞漏電感(H)；

L_ml--相繞組的勵(lì)磁電感(H)。

且有：

L_AB＝L_BA＝L_AC＝L_CA＝L_BC＝L_mlcos120° (5)

由式(3)、(4)、(5)聯(lián)立可得：

PMSM定子繞組為Y型連接，則有i_sA+i_sB+i_sC＝0，那么：

式中，L_s--電機(jī)相電感，

根據(jù)式(7)，式(6)可表示為：

將式(8)表示矢量形式為：

ψ_s＝L_si_s+ψ_f(9)

電磁轉(zhuǎn)矩可以表示為：

式中，T_e--電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩(N·m)；

p--電機(jī)極對(duì)數(shù)。

把轉(zhuǎn)矩看作是定子磁場(chǎng)同電樞磁場(chǎng)的作用結(jié)果時(shí)，表示為：

轉(zhuǎn)矩可以是定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的幅值決定電磁轉(zhuǎn)矩的大小，而磁場(chǎng)軸線的相對(duì)位置則決定轉(zhuǎn)矩的方向，電磁轉(zhuǎn)矩表示為：

根據(jù)牛頓加速度定律，得電機(jī)運(yùn)動(dòng)方程為：

式中，T_L--負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N·m)；

J--電機(jī)轉(zhuǎn)子及其負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·m²)；

Ω_r--電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度(rad/s)

R_Ω--阻尼系數(shù)，與轉(zhuǎn)速平方成正比。

PMSM在三相靜止坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，由于三相永磁同步電機(jī)的對(duì)稱(chēng)性，電壓、電流方程組都有一個(gè)冗余，通過(guò)坐標(biāo)變換可以將原來(lái)每個(gè)方程組中的三個(gè)方程式簡(jiǎn)化為兩個(gè)，變換到兩相靜止坐標(biāo)系，設(shè)三相靜止坐標(biāo)系為ABC坐標(biāo)系，兩相靜止坐標(biāo)系稱(chēng)為αβ坐標(biāo)系，如摘要圖1所示。

為滿(mǎn)足坐標(biāo)變換前后功率不變，設(shè)PMSM定子繞組在兩相靜止坐標(biāo)系下的單相有效匝數(shù)為三相靜止坐標(biāo)系下的單繞組有效匝數(shù)的3/2倍。根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)等效原則，變換前后磁動(dòng)勢(shì)必須相等，即滿(mǎn)足下面兩式：

于是，可得：

從ABC坐標(biāo)系向αβ坐標(biāo)系的變換稱(chēng)為Clark變換，變換矩陣為：

同理，電壓矢量經(jīng)Clark變換后可得αβ坐標(biāo)系下的定子電壓公式：

電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩公式(11)經(jīng)CLARK變換后，在αβ坐標(biāo)系下的電磁轉(zhuǎn)矩方程：

式中，ψ_α、ψ_β--定子分磁鏈在αβ坐標(biāo)系分量(Wb)；

i_sα、i_sβ--定子電流在αβ坐標(biāo)系分量(A)。

三相靜止坐標(biāo)系到兩相坐標(biāo)系的變換，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)三相PMSM數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)矩和磁鏈的解耦，應(yīng)該做進(jìn)一步的變換研究。

無(wú)論是ABC坐標(biāo)系還是αβ坐標(biāo)系下的永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型都是強(qiáng)耦合的，對(duì)控制來(lái)說(shuō)會(huì)造成很大的麻煩，為了方便控制，必須對(duì)其進(jìn)行解耦。Park提出了一種旋轉(zhuǎn)變換，若新的坐標(biāo)系以轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向，則稱(chēng)新的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系為dq坐標(biāo)系，其中d軸沿轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向，q軸超前d軸90度，稱(chēng)由αβ坐標(biāo)系到dq坐標(biāo)系的變換為Park變換，如摘要圖2所示。

電流旋轉(zhuǎn)變換方程：

這種變換同樣適用于電壓方程。

面貼式三相PMSM中的定子電流和磁鏈如摘要3所示，ψ_f為轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的勵(lì)磁磁鏈ψ_f，i_s為定子電流矢量，ψ_s為合成磁鏈。分解在dq軸方向上的磁鏈分量，分別為：

式中，L_d、L_q--為電機(jī)交直軸電感(H)。

旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下定子磁鏈?zhǔn)噶喀?sub>s為：

ψ_s＝ψ_d+jψ_q＝L_di_sd+ψ_f+jL_qi_sq (22)

在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電壓方程為：

同樣式(23)可以表示為矢量形式為：

由式(21)和(23)聯(lián)立，可知：

式(25)還可以寫(xiě)為：

式中，e₀--e₀＝ω_rψ_f(V)。

電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的物理量表示：

由于面貼式PMSM中的電感L_d＝L_q，則電磁轉(zhuǎn)矩簡(jiǎn)化為：

因電流那么：

在將永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)換成離散ARMAX狀態(tài)方程的時(shí)候，需要對(duì)電機(jī)的部分參數(shù)進(jìn)行離線辨識(shí)參數(shù)離線辨識(shí)，首先需要定子電阻測(cè)量測(cè)量，永磁同步電機(jī)定子繞組為Y型連接，設(shè)各相電阻相等。電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，采用伏安法對(duì)定子繞組的電阻進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量原理如圖摘要圖4所示。

先測(cè)量AB兩相之間的電阻，其電壓、電流的關(guān)系：

摘要圖4中直流電壓可變，通過(guò)改變直流電壓，使電流表分別為I_N，記下相應(yīng)電壓表的值。根據(jù)式(30)分別計(jì)算出5個(gè)AB兩相電阻的值為R_AB1、R_AB2、R_AB3、R_AB4、R_AB5。

同理，對(duì)AC、BC進(jìn)行測(cè)量，測(cè)出阻值分別為R_AC1、R_AC2、R_AC3、R_AC4、R_AC5和R_BC1、R_BC2、R_BC3、R_BC4、R_BC5。

對(duì)上述電阻進(jìn)行平均計(jì)算，即可測(cè)出電機(jī)的相電阻R_s，如下：

然后對(duì)定子電感測(cè)量，永磁同步電機(jī)為面貼式，其定子繞組直軸電感和交軸電感相等，即L_d＝L_q＝L，且電感值不隨轉(zhuǎn)子位置變化而變化，因此使用電感測(cè)量?jī)x在電機(jī)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下進(jìn)行測(cè)量，摘要圖5所示。

先進(jìn)行AB兩相之間的電阻測(cè)量，其電壓、電流的關(guān)系：

2L＝L_AB (32)

緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子，每次旋轉(zhuǎn)60度，待電感測(cè)量?jī)x所顯示數(shù)穩(wěn)定時(shí)，記錄下來(lái)。共記錄6個(gè)AB之間的電感值，分別為L(zhǎng)_AB1、L_AB2、L_AB3、L_AB4、L_AB5、L_AB6。

同理，對(duì)AC、BC之間進(jìn)行電感測(cè)量，測(cè)出電感值分別為L(zhǎng)_AC1、L_AC2、L_AC3、L_AC4、L_AC5、L_AC6和L_BC1、L_BC2、L_BC3、L_BC4、L_BC5、L_BC6。

對(duì)上述電感進(jìn)行平均運(yùn)算，測(cè)得電機(jī)的相電感L_s，如下：

而三相永磁同步電機(jī)離散系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型如摘要圖6所示。

系統(tǒng)模型中的參數(shù)向量：

系統(tǒng)模型中的輸入向量：

u(k)＝[u_d(k) u_q(k)]^T (35)

系統(tǒng)模型中的輸出量為：

y(k)＝n(k) (36)

永磁同步電機(jī)模型的最高階為3階，其離散數(shù)學(xué)模型可簡(jiǎn)寫(xiě)為：

y(k)＝f(θ(k),u(k-1),u(k-2),u(k-3),y(k-1),y(k-2),y(k-3)) (37)

步驟S2中關(guān)于多模型集的建立如下：

被控對(duì)象未知參數(shù)所有取值構(gòu)成的集合稱(chēng)為系統(tǒng)參數(shù)集，記做Ω。根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)可將系統(tǒng)參數(shù)集Ω劃分成n個(gè)參數(shù)子集Ω_i(i＝1,2…n)，并且Ω_i滿(mǎn)足下列條件：

4)Ω_i非空，i＝1,2,…n。

5)Ω_i∩Ω_i+1＝Ξ_i，Ξ_i為兩個(gè)參數(shù)子集的交集。

6)和0≤r_i≤∞滿(mǎn)足其中為參數(shù)子集Ω_i的中心，r_i為Ω_i的半徑。

這樣，就可將參數(shù)子集Ω_i的中心作為各個(gè)子區(qū)間的標(biāo)稱(chēng)模型，所有標(biāo)稱(chēng)模型構(gòu)成多模型集。

注：由上面的子區(qū)間分解方法2)可知，混合控制器的子區(qū)間分解需要保證相鄰兩個(gè)子區(qū)間之間有交集，并且建立的子區(qū)間集能夠覆蓋整個(gè)參數(shù)變化區(qū)間。

步驟S3中，在步驟S300中，需要對(duì)被控對(duì)象的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，針對(duì)離散輸入輸出形式系統(tǒng)，采用如下具有約束投影算法進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)：

式中，Υ為自適應(yīng)增益，c為常量，P_r{.}為投影算子，用于將約束在參數(shù)集Ω中。為辨識(shí)誤差，且為：

定義一個(gè)誤差模型，它的輸入為u(k)和y(k)，輸出為推導(dǎo)可得誤差模型的狀態(tài)空間表達(dá)式(39)：

在參數(shù)辨識(shí)過(guò)程中，假設(shè)在k時(shí)刻，求得辨識(shí)參數(shù)為在k-1時(shí)刻的，求得辨識(shí)參數(shù)為根據(jù)上文提出的區(qū)間分解方法和性質(zhì)，可知在兩個(gè)相鄰的子區(qū)間之間，都存在重疊部分為Ω_i∩Ω_i+1＝Ξ_i，并且獲得每個(gè)子區(qū)間θ_i＝[θ_a,i,θ_b,i]，可以求取每個(gè)子區(qū)間標(biāo)稱(chēng)值：

于是根據(jù)辨識(shí)參數(shù)可得到在k時(shí)刻，辨識(shí)參數(shù)的運(yùn)動(dòng)速度根據(jù)k-1時(shí)刻的辨識(shí)參數(shù)和每個(gè)區(qū)間的重心點(diǎn)可獲得向量：

于是得到v_i(k)和中心點(diǎn)θ_nom,i夾角γ_i，然后可得到：

cos(γ_i)＝cos＜v_i(k),x_i(k)＞。 (41)

對(duì)求得cos(γ_i)作出如下說(shuō)明：

1)當(dāng)cos(γ_i)＞0時(shí)候，表示辨識(shí)趨向第i個(gè)子區(qū)間，并且cos(γ_i)值越大，表示趨向第i個(gè)子區(qū)間可能性越大。

2)當(dāng)cos(γ_i)≤0時(shí)候，表示未知參數(shù)遠(yuǎn)離第i個(gè)子區(qū)間。

根據(jù)1)，2)可知，cos(γ_i)值決定每個(gè)子模型參數(shù)混合程度，即每子模型的混合權(quán)值大小，當(dāng)cos(γ_i)≤0時(shí)候，說(shuō)明第i個(gè)子模型沒(méi)有參與混合，即混合權(quán)值為0。

綜合上文的分析，可得基于運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)理論時(shí)，每個(gè)子模型參數(shù)混合的權(quán)值為：

為了更加形象解釋、說(shuō)明運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)理論，本文給出當(dāng)未知參數(shù)維數(shù)為2時(shí)，運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)理論圖，如下摘要圖8所示：

注：圖中沒(méi)有標(biāo)記的四個(gè)圓點(diǎn)表示每個(gè)子區(qū)間的中心點(diǎn)。

在步驟S3中，需要根據(jù)平緩函數(shù)求取當(dāng)前采樣時(shí)刻參與混合子模型的權(quán)值，為了求取在k時(shí)刻，由參數(shù)辨識(shí)得到的混合信號(hào)，首先判斷已辨識(shí)參數(shù)是否屬于Ω_i，因此將做如下處理：

當(dāng)時(shí)，表明稱(chēng)Ω_i為活躍的參數(shù)子集，則子控制器Κ_i的控制輸出參與混合；當(dāng)時(shí)，表明則子控制器Κ_i不參與混合。

對(duì)于位于活躍的參數(shù)子集中的根據(jù)下式求取每個(gè)子控制器的混合信號(hào)：

因此可得每個(gè)子控制器的綜合混合信號(hào)為：

于是，進(jìn)一步可以采用如下表達(dá)形式：

再對(duì)式(45)進(jìn)行歸一化處理，有：

于是可得被控對(duì)象的混合信號(hào)：

并且上述混合信號(hào)具有如下性質(zhì)：

a)其中并且當(dāng)或

在步驟S4中，在每一個(gè)參數(shù)子集Ω_i上，根據(jù)求取的標(biāo)稱(chēng)值，得到相應(yīng)的子模型離散狀態(tài)方程：

根據(jù)每個(gè)子模型設(shè)計(jì)相應(yīng)的子控制器K_i，得到：

u_i＝K_iy(k)i＝1,2,…,n (49)

因此可以得到閉環(huán)子模型的狀態(tài)方程：

并且要求每個(gè)子控制器K_i必須滿(mǎn)足如下條件：

(A)的所有特征值的均具有負(fù)實(shí)部，即保證被控子模型是閉環(huán)穩(wěn)定的。

根據(jù)每個(gè)子模型設(shè)計(jì)子控制器K_i，并且滿(mǎn)足條件(A)，最后得到被控對(duì)象的混合控制律為：

其中

因此，在將永磁同步電機(jī)的ARMAX的離散模型轉(zhuǎn)換成狀態(tài)方程，并且根據(jù)被控對(duì)象混合控制器，可得到被控對(duì)象閉環(huán)狀態(tài)方程：

因此本專(zhuān)利提出的方法設(shè)計(jì)的混合控制器能夠保證永磁同步電機(jī)具有良好的暫態(tài)性能和較快的響應(yīng)速度。

與現(xiàn)有的技術(shù)想不，本發(fā)明的有益效果如下：

1.本發(fā)明有利于實(shí)際應(yīng)用，也有利于計(jì)算機(jī)的仿真分析。

2.本發(fā)明可以保證永磁同步電機(jī)具有較好的魯棒性能，而且既有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

3.本發(fā)明可以采用不同的平滑函數(shù)求取混合信號(hào)，具有較強(qiáng)的靈活性。

下面結(jié)合實(shí)際的附圖和具體的實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的描述：首先給出仿真系統(tǒng)主要的配置參數(shù)，下表：

表4-1仿真系統(tǒng)主要參數(shù)配置

然后根據(jù)PMSM參數(shù)R_s變化區(qū)間進(jìn)行分解，得到多模型集，再次根據(jù)建立的子模型設(shè)計(jì)子控制器。然后對(duì)被控對(duì)象的未知參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，根據(jù)辨識(shí)信息結(jié)合運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)理論和平滑函數(shù)綜合求取被控對(duì)象的綜合混合信號(hào)，而且將計(jì)算參與混合的自控器的權(quán)值；最后的都被控對(duì)象的混合控制器。最后仿真分析結(jié)果如下：

由上圖1,2可知永磁同步電機(jī)能夠很好的達(dá)都給定的轉(zhuǎn)速，并且能保持較好的穩(wěn)定性，而卻從圖2可知，子模型參與混合的過(guò)渡過(guò)程很短。