本发明涉及电力传动控制设备领域，具体为一种双凸极永磁记忆电机的自适应超扭曲滑模控制方法。
背景技术：
1、随着工业领域对于电机的需求量越来越大，性能要求也越来越高。将记忆电机的概念融合到双凸极电机的设计中，是一种新型的双凸极永磁记忆电机，有望应用到城市轨道交通、高精度数控机床和电动汽车等领域。目前，双凸极永磁记忆电机在运行时会产生转矩脉动、机械摩擦、齿槽噪声等问题，这些直接影响了电机的运行性能和使用寿命，也限制了其向高速、超高速方向发展。另外，双凸极永磁记忆电机的结构参数选择存在的多模态、强耦合、非线性优化问题较为突出，同时其固有的结构优化设计又存在计算分析时间过长、计算效率过低、收敛慢等问题。为了更好的解决此类问题，已经提出了多种控制方法用于提高永磁电机控制系统的鲁棒性和快速性，例如滑模控制方法，径向基函数神经网络方法，反推控制方法，但用于双凸极永磁记忆电机的较少。
2、传统滑模控制的主要问题在于双凸极永磁记忆电机高速运行时，存在抖振现象，为了克服这些问题，本文引入了一种自适应超扭曲滑模控制方法，提出了针对发生不匹配扰动时的双凸极永磁记忆电机这样一种多输入非线性系统的自适应超扭曲滑模控制方法。该控制方法集合了滑模控制方法和自适应机制中的超扭曲控制器函数和非奇异终端滑模函数，因此该方法的优点在于不需要事先准确计算出扰动的上界和扰动估计误差。采用自适应超扭曲滑模控制方法可以进一步避免对双凸极永磁记忆电机控制系统施加过多的控制输入能量。此外，稳定性分析表明，该控制方案能够在一定扰动下的有限时间内使得驱动状态轨迹进入平衡点。
3、经检索国内外相关专利和文献，尚无针对双凸极永磁记忆电机的自适应超扭曲滑模控制方法。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种自适应超扭曲滑模控制方法，用来解决双凸极永磁记忆电机调速状态的不匹配扰动问题。首先设计滑动面，然后以此设计超扭曲控制器。自适应和扰动估计机制是嵌入到所提出的控制方案中，从而无须知道扰动的上限以及扰动估计误差，所提出的控制策略首先将双凸极永磁记忆电机受控状态驱动到滑动面中，在有限的时间内，进入平衡点，从而解决双凸极永磁记忆电机的扰动系统稳定性问题。
3、(二)技术方案
4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种双凸极永磁记忆电机的自适应超扭曲滑模控制方法，包括以下步骤，
5、首先，双凸极永磁记忆电机的动力学方程式可以表示为，
6、
7、式(1)中，δp1和δp2分别为双凸极永磁记忆电机控制系统的模型不确定总和和外界扰动的总和，x1为可测状态向量，f1(t,x1)为含有电机位置信息和时间信息的非线性向量未知函数，g1为设计的正常数，t为时间量。
8、根据自适应超扭曲滑模控制方法，给出滑模控制的滑动面函数σ和滑动面控制器函数函数u，使得双凸极永磁记忆电机控制系统快速达到所需性能，便可进入滑动面。
9、因此，根据双凸极永磁记忆电机控制系统的特点，设计本发明的滑动面函数σ(x1)为
10、σ(x1)＝λ2x1+k (2)
11、式(2)中，λ2和k被设计为正常数，将式(2)带入到双凸极永磁记忆电机的二阶动力学方程式(1)中，并对σ(x1)求导，得到σ(x1)的时间导数为
12、
13、控制器函数设计的目的是为了在有限的时间内将系统，在经过一定干扰后，仍然能驱动到指定的滑动面函数(2)中，结合双凸极永磁记忆电机控制系统的特性，这里将所提出的滑动面控制器函数u设计为
14、
15、式(4)中，gα和gβ分别表示双凸极永磁记忆电机α和β方向的径向力，和分别表示gα和gβ的转置矩阵，ur、uf、ue和分别表示输入量、反馈量和误差。
16、双凸极永磁记忆电机在运行时，由于多工况扰动、负载因素变化等不确定因素会导致系统的稳定性下降。因此，在考虑到外界干扰的影响下，依据超扭曲控制方法，在式(2)滑动面函数σ(x1)的基础上，更新一个非奇异终端滑模函数s，如式(5)所示，
17、s＝e1+α1|e1|asgn(e1)+α2|e2|bsgn(e2) (5)
18、为了达到非奇异终端滑模函数稳定的条件，令得到式(6)的超扭曲控制器函数iq，
19、
20、式(6)中，l1为摩擦系数，eq和ed分别是α和β方向的径向力跟踪误差。ld、lq为d轴和q轴电感，r为定子电阻，np为电机极对数，id、iq表示d轴和q轴电流，v为电机的速度，φf为磁链，τ为极距。
21、以此式(6)，构造李雅普诺夫函数v1
22、
23、对v1求取导数，将设计的超扭曲控制器函数iq代入式(7)李雅普诺夫函数v1的导数中得到，
24、
25、式(8)中，e1为输入信号是位置跟踪误差矢量，∫sgn(s)dt是滑模变量的积分值，α是滑动模态的非线性间断函数，sgn(s)是非奇异终端滑模函数s的符号函数，l1和l2均为自适应增益。由于是负半定的，因此时，能够保证系统的全局渐近稳定性，由此能够证明整个双凸极永磁记忆电机控制系统是渐近稳定的。
26、(三)有益效果
27、本发明提供了一种双凸极永磁记忆电机的自适应超扭曲滑模控制方法，具备以下有益效果：
28、1、针对双凸极永磁记忆电机控制系统的调速稳定性问题，自适应超扭曲滑模控制方法相比滑模控制方法，由于带有非奇异终端滑模参数性能，因此具有计算速度快，保证滑模面的快速收敛，从而提高系统的鲁棒性，降低了电机受到参数变化以及外界干扰影响的特点，从而明显提高双凸极永磁记忆电机转速稳定性，使系统性能对参数变动及负载干扰具有鲁棒性。
29、2、滑模控制方法由于开关切换的系统存在不连续性，容易导致电机产生抖振现象的问题，这些抖振现象会严重影响到双凸极永磁记忆电机系统高速旋转时的功率分配情况，并会对系统的性能造成严重危害。自适应超扭曲滑模控制方法则在终端滑模面上引入了超扭曲控制算法，相比滑模控制方法，较大的减小了滑模控制中存在的抖振现象，有利于电机高速平稳运行。
1.一种双凸极永磁记忆电机的自适应超扭曲滑模控制方法，其特征在于，包括，首先设计滑动面，然后以此设计超扭曲控制器函数和非奇异终端滑模函数，从而能将双凸极永磁记忆电机受控状态驱动到滑动面中，并在有限的时间内进入平衡点。
2.根据权利要求1所述的一种双凸极永磁记忆电机的自适应超扭曲滑模控制方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种双凸极永磁记忆电机的自适应超扭曲滑模控制方法，其特征在于，设计滑动面函数σ(x1)为
4.根据权利要求3所述的一种双凸极永磁记忆电机的自适应超扭曲滑模控制方法，其特征在于，双凸极永磁记忆电机在运行时，由于多工况扰动、负载因素变化的不确定因素会导致系统的稳定性下降；因此，在考虑到外界干扰的影响下，依据超扭曲控制方法，在式(2)滑动面函数σ(x1)的基础上，更新一个非奇异终端滑模函数s，如式(5)所示，
