基于非线性干扰观测器的永磁球形电机模糊滑模轨迹跟踪控制

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1、基于非线性干扰观测器的永磁球形电机模糊滑模轨迹跟踪控制FuzzySlidingModeTrajectoryTrackingControlofPermanentMagnetSphericalMotorBasedonNonlinearDisturbanceObserver学科专业：电气工程作者姓名：柳文俊指导教师：李洪凤副教授天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十二月摘要永磁球形电动机是典型的多变量、强耦合、时变的非线性系统。随着球形电机技术研究的进一步深入及应用场合的扩大，传统的控制算法，如PD控制、计算转矩法等已不能满足球形电机应

2、用领域的控制要求。各种各样的智能控制策略的应用，使得球形电机控制系统的非线性等特征得到了较好的解决。然而，根据智能算法设计的控制器具有较大的保守性，使得控制器具有非常大的控制幅值，这在实际中难以实现，限制了智能控制策略的实际应用。针对现有控制策略的保守性，本文提出了一种基于非线性干扰观测器的模糊滑模控制策略，在满足系统控制精度要求的前提下，设计出一种少保守性的永磁球形电机的控制方法。利用干扰观测器对系统中存在的外部干扰、摩擦、内部参数等不确定性进行观测，并在控制输入端进行补偿实现对干扰的抑制，减少了滑模控制的保守性并在一定程度上减少了滑

3、模的抖振；同时滑模控制器可以抵消干扰观测器的干扰观测误差及不可观测部分的干扰，从而满足系统跟踪性能的要求。为了进一步减少滑模的抖振现象，本文利用模糊逻辑对该部分进行逼近，并利用模糊控制器的输出增益代替滑模的切换增益，保证控制率的连续性。此外，本文针对球形电机位置检测的问题提出了一种针对Halbach阵列永磁球形电机的位置检测方法，通过3个旋转角的解算获得转子的位置。鉴于三维磁场霍尔传感器的产生及发展，本文采用了基于球形电机转子磁场的位置检测方法。为了避免转子磁场谐波和定子线圈磁场对转子位置检测影响，本文提出了一种磁场传感器的配置方案。根

4、据磁场模型和旋转变换理论得到磁感应强度与旋转角之间的非线性关系。经仿真发现梯度投影法求解旋转角的精度很高但是如果搜索初始点选择不当，会导致该算法计算速度很慢,而粒子群算法计算速度快，但是精度相对较低。为了高精度地、快速地求解出旋转角，本文提出了一个结合了梯度投影法和粒子群算法的位置解算算法,进而可以得到转子的位置信息。仿真结果表明本文提出的位置检测方法可以实现高精度的检测，同时可以实现快速地位置检测。关键词：永磁球形电动机，非线性干扰观测器，滑模控制，模糊控制，位置检测，粒子群算法，梯度投影法IABSTRACTPermanentmagn

5、etsphericalmotor(PMSM)isatypicalmultivariable,stronglycoupled,time-varyingnonlinearsystem.Withthefurtherdevelopmentofsphericalmotortechnologyandtheexpansionofapplication,traditionalcontrolalgorithmssuchasPDcontrolandcomputingtorquecalculationcan’tmeetthecontrolrequiremen

6、tsofsphericalmotorapplications.Theapplicationofvariousintelligentcontrolstrategiesmakesthenonlinearcharacteristicsofsphericalmotorcontrolsystembesolvedbetter.However,thecontrollerdesignedaccordingtotheintelligentalgorithmhasgreatconservatism,whichmakesthecontrollerhaveve

7、rylargecontrolamplitude,whichisdifficulttoberealizedinpractice,whichlimitsthepracticalapplicationofintelligentcontrolstrategy.Aimingattheconservativenessoftheexistingcontrolstrategy,thispaperproposesafuzzyslidingmodecontrolstrategybasedonthenonlineardisturbanceobserver.U

8、nderthepremiseofsatisfyingtherequirementofthesystemcontrolprecision,alessconservativenesscontrolmethodw