br>[0089] S3.1，給定電機(jī)轉(zhuǎn)速值采用新型跟蹤微分器1，獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)給定值VI;
[0090] S3.2,利用線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器2觀測(cè)出負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)值d，采用跟蹤微分器2從實(shí) 際的轉(zhuǎn)速信號(hào)中獲得無(wú)噪聲污染的轉(zhuǎn)速微分信號(hào)ec;
[0091] S3.3,將觀測(cè)出的負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)值d和轉(zhuǎn)速微分信號(hào)ec送入模糊推理機(jī)中，得到精 確的控制器參數(shù)值，它們分別是:控制器帶寬值《。、線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器1的兩個(gè)增益值 和 012 ;
[0092] S3.4,將轉(zhuǎn)速信號(hào)CO和q軸電流給定值^乘^6所得到的值送入線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè) 器1中，再由步驟3.3中所得到的線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器1的兩個(gè)增益值011和012,計(jì)算得到轉(zhuǎn) 速《的觀測(cè)值Zl和系統(tǒng)的擾動(dòng)值Z2 ;
[0093] S3.5，將由步驟3.1中得到的電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)給定值Vi與步驟3.4中得到的電機(jī)轉(zhuǎn)速 觀測(cè)值Zi作差送入比例控制器中，根據(jù)步驟3.3中所得到的控制器帶寬值CO C調(diào)節(jié)得到控制 量UO;
[0094] S3.6,將由步驟3.5中得到的控制量UO減去步驟S3.4中得到的系統(tǒng)擾動(dòng)值Z2與b的 商，得到真實(shí)的控制量C=W，將其送入電機(jī)的控制系統(tǒng)中，驅(qū)動(dòng)容錯(cuò)永磁電機(jī)運(yùn)行。具體過(guò) 程為：
[OOM]第一步，輸入變量和輸出變量的確定
[0096] 新型模糊自抗擾控制器中，比例控制器和二階線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器1的參數(shù)值是 由模糊控制器給出的，選擇線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器2觀測(cè)到的負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)值d和由跟蹤微分 器2得出的轉(zhuǎn)速微分值ec作為輸入變量，而輸出變量為控制器的參數(shù)值CO。、&1、&2，它們分 別是比例控制器參數(shù)值和線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器1的兩個(gè)增益值。
[0097] 為了可W快速準(zhǔn)確的觀測(cè)出電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)，需要將擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器2的增 益值調(diào)節(jié)的較大，線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器2的表達(dá)式為：
[0099]其中，62為觀測(cè)值與實(shí)際值的差值，Z3是轉(zhuǎn)速觀測(cè)值，Z4是系統(tǒng)總擾動(dòng)，即步驟S3.2 中擾動(dòng)值d = Z4，U為自抗擾控制器輸出信號(hào)W 也為線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器2的增益 值。其中觀測(cè)器增益值阮1、&2選取為&1 = 3600、&2=1000000。線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器1的表達(dá) 式為：
[0101]其中，ei為觀測(cè)值與實(shí)際值的差值，Zi是轉(zhuǎn)速觀測(cè)值，Z2是系統(tǒng)擾動(dòng)觀測(cè)值，系統(tǒng)擾 動(dòng)值/ = :,，11為自抗擾控制器輸出信號(hào)故=4，虹、012為線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器1的增益值。為 了可W準(zhǔn)確的獲得轉(zhuǎn)速的微分信號(hào)，采用跟蹤微分器2,其表達(dá)式為：
[010引其中，k2為快速因子常數(shù)，W表示電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)際值，V3為實(shí)際轉(zhuǎn)速過(guò)渡信號(hào)，V4為實(shí) 際轉(zhuǎn)速微分信號(hào)，即步驟53.3中的轉(zhuǎn)速微分信號(hào)60 =巾4，參數(shù)1?選取為1? = 320。
[0104] 第二步，輸入輸出變量論域的確定
[0105] 轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)值d的論域根據(jù)額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)確定，負(fù)載轉(zhuǎn)矩范圍為[0,20N ? m]，如 圖7所示，在此范圍內(nèi)線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器2可W將負(fù)載轉(zhuǎn)矩準(zhǔn)確的估計(jì)出來(lái)。轉(zhuǎn)速微分ec 的波形圖如圖8所示，由于微分?jǐn)?shù)值較大，對(duì)轉(zhuǎn)速微分信號(hào)進(jìn)行處理后的范圍為[-0.5， 3.5]〇
[0106] 第=步，輸入輸出參數(shù)的量化
[0107] 負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)值d(電機(jī)額定電磁轉(zhuǎn)矩)設(shè)為[0,20N ? m]，將其范圍處理為[-1(^-m，10N -m]，然后將量化因子寫為[-2，-l，0，l，2]，對(duì)應(yīng)到模糊語(yǔ)言中就是[NB，NS，Z0，PS， PB]，表示為[負(fù)大，負(fù)小，零，正小，正大]。
[010引微分參數(shù)ec的變化范圍為[-0.5,3.5]，在輸入端將其范圍處理為[-2,2]，然后將 量化因子寫為[-2，-1，0，1，2]，對(duì)應(yīng)到模糊語(yǔ)言中就是[NB,NS，ZO，PS，PB]，表示為[負(fù)大，負(fù) 小，零，正小，正大]。
[0109]為了增強(qiáng)模糊化控制的精度，使之與自抗擾控制器相結(jié)合，本發(fā)明的選擇輸入量 ec、d和輸出量《。、&1、&2的隸屬度函數(shù)均為等腰；角形(trimf)函數(shù)，如圖9所示，等腰立角 形隸屬度函數(shù)的表達(dá)式為：
[0111] 其中參數(shù)a，b，c之間的關(guān)系反映了隸屬度函數(shù)的形狀與分布，它們滿足的條件為 b-曰= c-b〇
[0112] 控制器的輸出參數(shù)COcW COcE [60,140]參數(shù)為例，在輸出端模糊化語(yǔ)言處理為 [NB，NS，ZO，PS，PB]，對(duì)應(yīng)到量化因子為[-2，-1，0，1，2 ]，對(duì)應(yīng)去模糊化精確輸出范圍為[60， 140]。
[0113] 由于線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器1的兩個(gè)增益值011和012和控制器帶寬值有著確定的 關(guān)系，即，&1 = 2* ?日、庇二4 , W 0= (4~5) ? G;所W無(wú)需對(duì)線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器1的兩個(gè)增 益值011和012的模糊化處理，只需要控制器帶寬值COc即可。經(jīng)Matlab/Simulink仿真研究可 知，線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器1正常運(yùn)行的參數(shù)范圍為&iE [600,1400] ,012^ [90000,490000]， 只需要一個(gè)模糊控制器即可。
[0114] 第四步，模糊控制規(guī)則
[0115] 依據(jù)控制規(guī)則給出控制器的參數(shù)O。總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)如下：
[0116] a)在電機(jī)啟動(dòng)階段和轉(zhuǎn)速階躍突變的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，由于需要實(shí)際轉(zhuǎn)速能夠準(zhǔn)確地 跟蹤給定轉(zhuǎn)速，需要將觀測(cè)器的參數(shù)調(diào)大，由于采用新型跟蹤微分器，不必采用給定值與實(shí) 際值的誤差的特征來(lái)判斷，只需要觀察微分值的變化即可(在啟動(dòng)階段和轉(zhuǎn)速突變階段比 較大）。
[0117] b)在電機(jī)受到外部轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)時(shí)，觀測(cè)器的參數(shù)值需要相應(yīng)的變大，運(yùn)樣可W增強(qiáng) 系統(tǒng)的抗擾動(dòng)性能。
[0118] 由于確定比例控制器參數(shù)便可W知道線性擴(kuò)張狀態(tài)控制器1的參數(shù)，所W只需要 上面兩個(gè)模糊規(guī)則，具體的模糊邏輯控制規(guī)則如圖10所示。
[0119] 4)根據(jù)速度給定值和速度反饋值對(duì)圖6所示的基于新型模糊自抗擾控制器的速度 環(huán)進(jìn)行分析。圖6中，線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器1是對(duì)容錯(cuò)永磁電機(jī)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速輸出和系統(tǒng) 總擾動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)獲得轉(zhuǎn)速觀測(cè)值Zl和擾動(dòng)估計(jì)值Z2
[0121] 其中，ei為觀測(cè)值與實(shí)際值的差值，為是轉(zhuǎn)速觀測(cè)值的微分信號(hào)，與是系統(tǒng)總擾動(dòng) 的微分信號(hào)，U為自抗擾控制器輸出信號(hào)
由系統(tǒng)模型確定，為線性擴(kuò)張狀態(tài) 觀測(cè)器1的增益值。
[0122] W上觀測(cè)器進(jìn)一步寫成如下矩陣形式：
[0125]觀測(cè)器特征多項(xiàng)式為
[0127] 將觀測(cè)器看成一個(gè)二階系統(tǒng)，要使系統(tǒng)性能（如穩(wěn)定性，響應(yīng)速度等)滿足一定的 條件，需調(diào)節(jié)特征多項(xiàng)式參數(shù)&1、&2。由于系統(tǒng)性能與特征根（即系統(tǒng)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)）有 很大關(guān)系，要使觀測(cè)器能可靠觀測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，就要使系統(tǒng)特征根全在復(fù)平面左側(cè)。系統(tǒng)特征 根絕對(duì)值越大觀測(cè)器觀測(cè)狀態(tài)量的速度越快，但過(guò)大會(huì)引起震蕩，所W將系統(tǒng)的兩個(gè)增益 參數(shù)設(shè)為扣=2 W 0、庇>:: =磚，使系統(tǒng)傳遞函數(shù)的兩個(gè)極點(diǎn)配置在-W D，《誠(chéng)觀測(cè)器帶寬。
[0128] 線性誤差反饋控制律是將轉(zhuǎn)速過(guò)渡信號(hào)Vl和轉(zhuǎn)速輸出觀測(cè)值Zl的誤差62經(jīng)比例控 制器獲得原始控制信號(hào)U0,再經(jīng)擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)玫阶钥箶_控制器的控制量U
[0130] 其中，kp為比例控制器增益，通常取kp = OC，OC為控制器帶寬。
[0131] 觀測(cè)器帶寬《0和控制器帶寬需滿足W下規(guī)則
[0132] co〇=(4 ~5)c〇c (10)
[0133] 在本發(fā)明中，選取的容錯(cuò)永磁電機(jī)的參數(shù)為:相數(shù)為5相，極對(duì)數(shù)P=Il,交軸電感 Lq = O.48mH，定子電阻Rs = O. 12 Q，轉(zhuǎn)子磁鏈如=0.06師，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J = O.03kg ? m2,于是
，得?？梢娍刂破髦兄挥幸粋€(gè)需調(diào)節(jié)的參數(shù)《。，其余參數(shù)都與它相關(guān)。
[0134] 5)如圖1將自抗擾控制器輸出的控制信號(hào)U(即交軸電流給定值C )作為內(nèi)環(huán)iq控制 器的輸入給定得交軸電壓Uq,采用id = 0控制方式產(chǎn)生直軸電壓山。經(jīng)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到靜止坐 標(biāo)系的變換矩陣得到靜止坐標(biāo)系a-e軸的電壓Ua、Ue，將其送入空間電壓矢量SVPWM調(diào)制模塊 產(chǎn)生電機(jī)各相的PWM波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。
[0135] 6)為了說(shuō)明采用此種新型模糊線性自抗擾控制器的優(yōu)點(diǎn)，在Matlab/Simulink中 搭建了仿真模型，并將其與傳統(tǒng)線性自抗擾控制器進(jìn)行了對(duì)比分析。傳統(tǒng)線性自抗擾控制 器原理圖如圖5所示，其中傳統(tǒng)線性自抗擾控制器參數(shù)選取為CO。1 = 100、《01 = 500,取kpi = 100、&=1000、& = 250000，其余參數(shù)與采用模糊自抗擾控制器的參數(shù)相同。
[0136] 圖7中虛線是在不同時(shí)刻施加的負(fù)載轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)量，從圖中可W看出，在80ms時(shí)施加 20N ? m的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，在150ms時(shí)再將負(fù)載轉(zhuǎn)矩撤去，在此種情況下觀察轉(zhuǎn)速變化。圖11是采 用傳統(tǒng)線性自抗擾控制器轉(zhuǎn)速響應(yīng)波形，可看出，在轉(zhuǎn)矩上升時(shí)，轉(zhuǎn)速最大脈動(dòng)達(dá)到了 Ilr/ min,恢復(fù)時(shí)間為15ms;而撤去負(fù)載后，轉(zhuǎn)速波動(dòng)量達(dá)到化/min,并且恢復(fù)到給定轉(zhuǎn)速的時(shí)間 達(dá)到了25ms;圖12是采用本專利的新型模糊自抗擾控制器的轉(zhuǎn)速響應(yīng)波形，可看出，轉(zhuǎn)速并 沒有發(fā)生明顯的變化，負(fù)載轉(zhuǎn)矩突加的瞬間轉(zhuǎn)速波動(dòng)只有化/min,而恢復(fù)時(shí)間只有5ms;負(fù) 載轉(zhuǎn)矩突卸時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)只有化/min，且轉(zhuǎn)速恢復(fù)時(shí)間