1.基于模拟退火粒子群算法的滑模自抗扰控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤S100:建立永磁直线同步电机的速度环二阶自抗扰模型;
步骤S200:结合双幂次趋近律和快速趋近律,得到改进快速双幂次趋近律;
步骤S300:基于所述改进快速双幂次趋近律和自抗扰控制,得到二阶速度环改进滑模自抗扰控制器;
步骤S400:基于模拟退火粒子群算法优化所述二阶速度环改进滑模自抗扰控制器的参数。
2.如权利要求1所述的基于模拟退火粒子群算法的滑模自抗扰控制方法,其特征在于,在d‑q坐标系下,所述的速度环二阶自抗扰模型的表达式是:其中:ν是速度,τ是极距,R是电枢电阻, 是永磁体磁链,Ld是直轴电感,Lq是交轴电感,ud是直轴电压,uq是交轴电压,id是直轴电流,iq是交轴电流,π是圆周率,t是时间。
3.如权利要求1所述的基于模拟退火粒子群算法的滑模自抗扰控制方法,其特征在于,所述步骤S200具体为:
步骤S210:将双幂次趋近律与加入状态变量的指数趋近律相结合;
步骤S220:将趋近律中的开关函数sgn(s)替换为抗抖振函数sat(s),得到改进快速双幂次趋近律,且所述的改进快速双幂次趋近律为:其中:抗抖振函数 k1、k2都为幂次项的系数,α、β、γ分别为非线性因子,s为设计的滑模面函数,为滑模面函数的导数,σ为抗抖振因子,e为趋近律所控制的状态变量与设定值的误差。
4.如权利要求3所述的基于模拟退火粒子群算法的滑模自抗扰控制方法,其特征在于,所述的改进快速双幂次趋近律的参数范围为:k1>0、k2>0、0<α<1、β>1。
5.如权利要求1所述的基于模拟退火粒子群算法的滑模自抗扰控制方法,其特征在于,所述步骤S300包括:
步骤310:基于自抗扰控制,获取非线性跟踪微分器TD,具体公式如下:* *
其中,eT1为误差信号,v为速度的设定值,r1为v的跟踪信号,η1为信号跟踪系数,fal为非线性函数;
步骤320:改进所述的自抗扰控制的扩张状态观测器ESO,获取改进扩张状态观测器SM‑ESO:
步骤330:改进所述的自抗扰控制的非线性反馈控制律NLSEF,获取改进非线性反馈控制律SM‑NLSEF;
步骤340:基于所述非线性跟踪微分器TD、所述改进扩张状态观测器SM‑ESO和所述改进非线性误差反馈控制律SM‑NLSEF,得到所述二阶速度环改进滑模自抗扰控制器SM‑ADRC。
6.如权利要求5所述的基于模拟退火粒子群算法的滑模自抗扰控制方法,其特征在于,所述步骤320包括如下步骤:
步骤321:在传统的自抗扰控制中,二阶扩张状态观测器ESO为:其中:z11为速度信号v的估计值, 是z11的导数;z12为总扰动的观测值, 是z12的导数;b为PMLSM动力学方程中iq的系数,有 为q轴电流的给定值;eS1为速度信号v的估计值与速度信号v的误差;β1、β2为非线性函数的系数;αS1、αS2为非线性因子,且0<αS1<1、0<αS2<1;δS1、δS2为滤波因子;
步骤322:将所述扩张状态观测器ESO与滑模控制相结合,得到:其中:h(eS1)为电机系统扰动导数的估计函数;
步骤323:获取误差方程并求解,得到误差方程求导方程:所述误差方程为:
对所述误差方程求导后,可得:
其中:aw(t)为系统的总扰动,eS2为电机系统扰动估计值与电机系统实际扰动的误差,a1(t)为系统的总扰动的导数;
步骤324:构造第一滑模面函数s1如下:s1=c1eS1+eS2
其中,c1为滑模面系数;
步骤325:基于所述改进快速双幂次趋近律、所述误差方程求导方程和所述第一滑模面公式得到所述改进扩张状态观测器SM‑ESO如下:
7.如权利要求6所述的基于模拟退火粒子群算法的滑模自抗扰控制方法,其特征在于,所述步骤330包括如下步骤:
步骤331:在传统的自抗扰控制中,所述非线性误差反馈控制律NLSEF为:式中,αN1为非线性因子,且0<αN1<1,δN1为滤波因子,iq0为q轴电流控制量,为q轴电流的给定值,e1为速度跟踪信号和速度估计信号的误差;
步骤332:将所述非线性误差反馈控制律NLSEF与滑模控制相结合,得到:*
式中,r1为v的跟踪信号,z11为速度信号v的估计值,e1为速度跟踪信号和速度估计信号的误差,g(e1)为q轴电流控制量的估计函数,iq0为q轴电流控制量, 为q轴电流的给定值,z12为总扰动的观测值;
步骤333:构造第二滑模面函数s2如下:s2=c2e1
其中,c2为第二滑模面系数;
步骤334:基于所述改进快速双幂次趋近和所述第一滑模面公式得到改进非线性误差反馈控制律SM‑NLSEF如下:
8.如权利要求1所述的基于模拟退火粒子群算法的滑模自抗扰控制方法,其特征在于,所述步骤S400的具体步骤如下:步骤S410:模拟退火粒子群优化算法产生粒子群;
步骤S420:所述粒子群中的粒子依次赋值给二阶速度环改进滑模自抗扰控制器的各参数;
步骤S430:运行控制系统模型;
步骤S440:通过式适应度函数指标得到该组参数对应的性能指标,该性能指标传递到模拟退火粒子群优化算法中作为对应粒子的适应值;
步骤S450:若满足终止条件,则优化结束,若不满足终止条件,则更新粒子群,并重复步骤S410~S440,直到满足终止条件。
9.如权利要求8所述的基于模拟退火粒子群算法的滑模自抗扰控制方法,其特征在于,所述的适应度函数指标为:
fit=error×0.3+ts×0.4+Mp×0.3其中,error是所有采样点的值与设定目标值的误差之和,ts是调节时间,Mp是超调量。
10.基于模拟退火粒子群算法的滑模自抗扰控制系统,其特征在于,所述控制系统包括:
永磁直线同步电机,用于输出三相绕组电流ia、ib、ic;
经过模拟退火粒子群算法优化过的二阶速度环改进滑模自抗扰控制器;
CLARKE变换模块,所述CLARKE变换模块用于将永磁直线同步电机PMLSM的输出电流ia、ib、ic通过静止坐标系CLARKE变换,获得CLARKE变换模块的输出电流iα、iβ;
PRKE变换模块;所述PRKE变换模块用于将CLARKE变换模块的输出电流iα、iβ由静止坐标系变换到旋转坐标系,获得PRKE变换模块的永磁直线同步电机交轴q轴输出电流iq和直轴d轴输出电流id;
PRKE逆变模块,所述PRKE逆变模块用于将转矩电流调节器和励磁电流调节器的输出电压Ud、Uq变换成向三相逆变器输出的电压Uα、Uβ;
SVPWM空间矢量脉宽调制模块,用于将PRKE变换模块的输出电压Uα、Uβ进行空间矢量变换,输出PWM波形到三相逆变器;
逆变器,用于向永磁直线同步电机输入三相电压控制其运行;
位置和速度检测模块,用于进行估算处理,得到永磁直线同步电机转子位置估计值θ和实际转速v。