一种基于RLS算法的永磁同步电机自适应控制方法与流程

本发明属于电机控制技术领域，具体是一种基于RLS算法的永磁同步电机自适应控制方法。

背景技术：

永磁同步电机具有损耗小、功率密度高、节电效果好及脉动转矩低等优点，因而被广泛应用于交流调速系统中。对基于永磁同步电机的定位系统中，不仅要求永磁同步电机对速度指令做出快速响应，还要求具有准确的定位能力。

传统的三闭环PID控制策略研究的是线性时不变的控制问题。然而，永磁同步电机本身是具有一定非线性、强藕合性以及时变性的系统，其伺服对象也存在较强的不确定性和非线性,并且运行过程中还会受到不同程度的干扰。另外，永磁同步电机在运行中参数也会随之改变。由于PID控制参数是根据建立好的精确数学模型进行整定的,不能随着被控对象的变化而作相应的调整，因此，系统必然存在稳态精度和抗干扰性不高的缺点。

自适应控制器是近几十年来发展起来的关于信号处理方法和技术的控制器，其设计方法对控制器的性能影响很大。自适应控制器是相对固定控制器而言的，它是一种能够自动调整本身参数的特殊控制器。自适应控制算法的研究是自适应信号处理中最为活跃的研究课题之一，线性自适应算法又是实际应用最多的。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于RLS算法的永磁同步电机自适应控制方法，使得永磁同步电机矢量控制具有更优越的控制品质和较强的抑制干扰能力，能有效提高电机位置控制的快速性和准确性。

本发明提的技术方案：

一种基于RLS算法的永磁同步电机自适应控制方法，包含以下步骤：

所述的自适应滤波器设计，利用RLS自适应算法设计自适应滤波器。

所述的自适应算法RLS算法设计，得到稳定电机系统辨识、自适应控制和自适应信号处理。

所述的根据永磁同步电动机的参考模型与速度环传递函数经自适应控制器滤波后实现永磁同步电机的自适应控制。

本发明的有益效果：

(1)采用RLS自适应算法对电机参数进行辨识，能够得到准确参数，辨识精度高。

(2)利用永磁同步电机参考模型的输出与实际输出之间的误差，对控制器参数进行自适应控制，该控制方案具有更优越的控制品质和较强的抑制干扰能力，能有效提高电机位置控制的快速性和准确性。

附图说明

图1为自适应控制器原理框图。

图2为RLS算法流程图。

图3为永磁同步电机自适应控制简化原理框图。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明具体实施方式。

自适应控制系统的设计：自适应控制用被控系统的逆作为串联控制器对系统的动态特性作开环控制，控制器为一个自适应滤波器，用来表示控制对象的逆，利用系统误差按RLS自适应算法来实现调节过程。反馈仅在自适应过程中采用，并不参与系统的控制过程，其原理结构图如图1所示。

一种基于RLS算法的永磁同步电机自适应控制方法，具体步骤如下：

RLS自适应滤波算法过程：基于最小二乘准则，RLS算法决定自适应滤波器的权向量系数W(n)，使估计误差的加权平方和最小，其中λ为遗忘因子，且0＜λ≤1；递推最小二乘法流程如图2所示，具体算法如下：

(1)设置初始条件：滤波长度(M)、遗忘因子(λ)、W(0)＝0、C(0)＝δ^-1I；

(2)取永磁同步电机参考信号d(n)、输入信号X(n)；

(3)对每一时刻n＝1，2，…，N，对增益矢量更新、滤波输出、误差估计、滤波权向量更新和逆矩阵更新进行迭代计算，公式如下：

增益矢量更新：g(n)＝C(n-1)X(n)/[λ+X^T(n)C(n-1)X(n)] (1)

滤波输出：y(n)＝W^T(n-1)X(n) (2)

误差估计：e(n)＝d(n)-y(n) (3)

滤波权向量更新：W(n)＝W(n-1)+g(n)[d(n)-X(n)W^T(n-1)] (4)

逆矩阵更新：C(n)＝λ^-1[C(n-1)-g(n)X^T(n)C(n-1)] (5)

上式中C(n)为自相关矩阵R_XX(n)的逆矩阵；W(n)为自适应滤波器在时刻n的权系数矢量；X(n)为时刻n的输入信号矢量；常数λ是遗忘因子，要求0＜λ≤1。

永磁同步电机的自适应控制实现：自适应逆控制采用反馈控制系统中对象的参数摄动及外部扰动，参考加入反馈结构的自适应逆控制，构建永磁同步电机自适应控制系统，其原理框图如图3所示。系统采用速度、电流双闭环结构，电流环采用PID控制，速度环采用自适应逆控制策略，将电流环整体作为控制对象，控制对象的输入为控制器的输出也就是给定i_q，输出为速度值。运用非线性自适应滤波器RLS算法建立永磁同步电机电流环的模型以及逆模型，控制器的输出同时驱动电流环与电流环的模型，电流环转速输出和对象模型输出之差就是整个对象的噪声和扰动，用该噪声和扰动去驱动电流环模型的逆，并在控制其输出中减去，从而可以消除对象的参数摄动及外部扰动而不改变对象的动态特性，避免了因反馈而可能引起的不稳定问题，同时又能做到对系统动态特性的控制与对象扰动的控制分开处理而互不影响，模型输出与实际转速的误差用以在线调整对象模型的权值，其权值参数根据速度误差e(n)＝ω^*-ω通过RLS算法在线实时调整。

本发明所述的一种基于永磁同步电机模型参数不准确问题，使得控制器参数能够根据模型与实际模型输出之间误差进行调节，有效消除对象的参数摄动及外部扰动而不改变对象的动态特性，避免了因反馈而可能引起的不稳定问题，具有较高的稳定性和自适应性。