机床无刷直流电机的混沌状态控制仿真研究.pdfVIP

机床无刷直流电机的混沌状态控制仿真研究 on inbrushlessdc machine researchchaos motorof Simulating system 王海军。，李畸勇2 WANG Hai-jun。．LIJi．yon92 1．西南交通大学峨眉校区机械工程系，峨眉614202：2．四川省电力公司直流运行分公司，成都610051 摘要：无刷直流电机在参数处于一些特定范围时会出现混沌现象，使得电机的性能变差。根据转子磁 场定向坐标系上无刷直流电机状态方程，文中进行了无刷直流电机的混沌特性分析，采用 Lyapunov稳定性理论设计了一种状态反馈控制器对无刷直流电机混沌状态进行控制，、该控制 方法可将系统的转速平衡点按要求进行设定。用MaltlaD软件进行了仿真建模，结果表明了理 论分析的正确性和控制方法的有效性。 关键词：无刷直流电机；混沌l状态反馈控制 009-01 中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1 34 2011 3 上 -0070-03 Doi：10．3969／J．Issn．1009-0134．2011．3 上 ．24 0引言 1无刷直流电机的混沌控制 由于无刷直流电动机 BLDCM 系统是由永 1．1无刷直流电机混沌特性分析 磁同步电动机、驱动控制电路以及传感检测部分 无刷直流电机是强耦合的非线性系统，经坐 组成的机电一体化产品，既具有交流电机的结构 标变换后，可得在转子磁场定向d-q坐标系上的无 简单、运行可靠等优点，又具有直流电机的高运 刷直流电机状态方程为川： 行效率、无励磁损耗等优点，因此现在越来越 多机床驱动系统中得到了广泛应用。但同时在 鲁 卜R‘一％婶 ￡‘+① +匕】／￡ 实验中发现，当无刷直流电动机传动系统在一 些特定参数条件下将产生混沌行为，表现为电 堕dt [一R‘+npm，‘+屹】／￡ 1 流波形出现不规则的电流噪声，电机转速忽大 忽小，随机波动，电机运行性能不稳定¨’2】。这 鲁 n．qJi．一地吲／， 种混沌现象在机床，特别是在精密机床的传动 其中i。和i。为在d．q坐标系上定子电流矢量的 系统中是不允许出现的，因此研究其混沌现象 q、d分量，V。和V。为在d—q坐标系上定子电流矢量 的产生机理并进行混沌控制已经成为越来越重 的q、d分量，R。为电机定子电阻，n。为极对数，L 要的课题。 为电感电量，b为阻尼系数，J为转动惯量，m为转 混沌是确定性的非线性系统在一定条件下呈 子永磁磁链，∞，为电机转速，T。为负载转矩。 现出来的貌似无序但又遵循一定规律的复杂动力 选取状态变景萨阢l，X2，J3]1 【‘，b，∞，】‘， 学行为¨J。对于混沌现象的控制，在数学理论研 并进行仿射变换和单时间尺度变换，无刷直流电 究中已经有大量的方法，如oGY方法HJ，强迫迁 机的状态方程可改写成如下形式： 徙方法，延迟反馈控制”’61等。为了避免混沌状 积， ． 态的发生，本文将状态反馈控制应用于无刷直 云2一jcl一也玛+pjc3+K 流电机的混沌控制中，该方法可使目标控制点 成为系统唯一的平衡点，在进行系统状态控制 苎拿：一毫+工jcl+’，。 u’ 2 j尹2一也+‘jc3+_ 后，系统状态将渐进趋于该平衡点，从而可避 免系统进入混沌状态并使得电机转速稳定到所 鲁叫毫训一定 要求的数值上。 眩■日■：2010-08-16 薹盒焉目：西南交通大学峨眉校区科技发展基金资助 座机电话号码 作者胥俞：王海军 1976一 ，男，四川射洪人，讲师，在读博士，主要从事铁道车辆教学与研究工作。 170】 第33卷第3期2011—3 上 万方数据 式中 ㈨h圳R，。 下b肌吃 爰， 屯 隶c屹一嘲，定2专，o- 去，o，2古， 一 p￡60 t 3+甩P①2 7 n,,OL p为自由参数。 ‘ 一 上式表明，在系统的参数确定后，x。，X2，X3 分别是q轴电流、d轴电流和角速度乘以一个确定 的倍数，因此式 2 完全反映了无刷直流电机的特 征。分析吃 0，屯 0，瓦 o这一类系统，可 b 文3一文I桕图 知式 2 有三个平衡状态：其中一个平衡点为零平 衡点；另外的两个零平衡点如下： 并 ±厨 3 蔓 P-1 P 1 茸 ±打j 根据文献【6】可知，在直流电机参数满足下列 关系，即 P：P．：!堕±竺 、’7 4 o一二 2^2—一 时式 3 的两个平衡点为不稳定平衡点，系统 将会发生分岔；女np p。，系统将进入混沌状态。取 系统参数o 5．46，p 20 此时Ph 14．93 ，系统初 始状态选取 毫 o ，X2 o ，x3 0 10，5，10 c 文3一文2桕图 时，BLDCM的混沌吸引子相图如图l