【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鏈式刮板調速系統的，尤其是一種固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法。
技術介紹
1、隨著全球工業化進程的加快，自動化和智能化技術在各行各業的應用日益廣泛，特別是在重載物料輸送領域。鐵路散堆貨物卸煤作業作為能源運輸的重要環節，效率的提升和自動化水平的提高已成為亟待解決的技術難題。鏈式刮板輸送系統作為一種高效的物料輸送設備，在煤炭、礦石等散裝物料的運輸中發揮著關鍵作用。該系統通過電機驅動鏈條，將刮板帶動沿著軌道運行，從而實現對物料的連續、高效輸送。
2、然而，鏈式刮板輸送系統在實際應用中面臨著諸多技術挑戰。首先，裝置在運行過程中通常會遇到負載波動、物料堆積形態變化、煤炭壓實度不均等因素的影響。這些因素導致負載的動態變化，尤其在大負載波動或負載突變時，系統的穩定性和控制精度往往難以保證。其次，由于設備常常在惡劣和復雜的工況環境中運行，傳統的控制策略在應對負載突變、外部擾動和系統不確定性時顯得力不從心。如何在負載變化、非線性擾動和不確定性的環境下，保持設備的高效、穩定運行，已成為提升鏈式刮板輸送系統性能的關鍵難題。
3、目前，傳統的控制方法如pid控制和常規模型預測控制(mpc)方法，雖然在一定程度上能優化電機調速，但在面對大幅負載波動、復雜擾動等情況下，常常無法有效保持系統的穩定性與精度。傳統控制方法未能充分考慮系統中不可預見的擾動和非線性特性，導致在運行過程中的響應滯后，控制精度不高。
技術實現思路
1、鑒于上述現有存在的問題，提出了本專利
2、因此，本專利技術提供了一種固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法解決在復雜負載波動和擾動環境下，如何實現鏈式刮板輸送系統的高效、穩定、精確控制問題。
3、為解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：
4、本專利技術提供了一種固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法，其包括，基于含有擾動項的永磁同步電機電流模型，將其轉化為局部模型；設定采樣周期，將所述局部模型離散化，并建立含有擾動項的永磁同步電機擴展狀態空間模型；定義電流誤差增量和擾動誤差增量，建立電流預測的擴展增量模型；設計固定時間收斂擴展狀態觀測器，并將其離散化；設計包含電流跟蹤誤差和電壓增量誤差的代價函數；基于所述固定時間收斂擴展狀態觀測器和所述代價函數，設計復合控制器，對電機的轉速和轉矩進行調節。
5、作為本專利技術所述固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法的一種優選方案，其中：所述的含有擾動項的永磁同步電機電流模型為，
6、
7、其中，ld、lq分別是電機d軸電感和q軸電感；id、iq分別是電機d軸電流和q軸電流；r是電機的定子電阻；p是電機的極對數；ωm是電機的機械角速度；是電機的永磁鏈路磁通；ud和uq分別是d軸電壓和q軸電壓；fd和fq分別是d軸擾動和q軸擾動，表示系統的擾動或外部負載變化。
8、作為本專利技術所述固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法的一種優選方案，其中：所述的局部模型為，
9、
10、其中，fd、fq為電機參數變化和擾動項產生的總擾動集；δr、δld、δlq、分別為定子電阻、d軸電感、q軸電感和永磁磁通量的增量。
11、作為本專利技術所述固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法的一種優選方案，其中：設定采樣周期為ts，所述的局部模型離散化為，
12、
13、設定在預測周期ts內，擾動fd、fq保持不變，選取id(k)、iq(k)、fd、fq為系統狀態變量，則所述的含有擾動項的永磁同步電機擴張狀態空間模型為，
14、x(k+1)＝ax(k)+bu(k)
15、y(k)＝cx(k)
16、式中，id(k+1)和iq(k+1)分別表示在k+1時刻的電機d軸電流和電機q軸電流，x(k+1)表示在k+1時刻系統的狀態向量，y(k)表示在k時刻的控制輸入向量，a表示狀態轉移矩陣，b是控制輸入矩陣，c是輸出矩陣。
17、作為本專利技術所述固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法的一種優選方案，其中：d軸電流誤差增量設定為d(k)，q軸電流誤差增量設定為q(k)，d軸擾動誤差增量設定為δfd(k)，q軸擾動誤差增量設定為δfq(k)，此時所述的電流預測的擴展增量模型表示為，
18、
19、作為本專利技術所述固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法的一種優選方案，其中：所述固定時間收斂擴展狀態觀測器包括d軸和q軸電流固定時間收斂擴張狀態觀測器，所述d軸電流固定時間收斂擴張狀態觀測器表示為，
20、
21、q軸電流固定時間收斂擴張狀態觀測器表示為，
22、
23、其中，分別為id、iq的估計值；e1d、e1q分別為d軸、q軸電流觀測誤差；φ1d、φ1q分別為擾動fd、fq；f0d、f0q分別為d軸、q軸擾動估計值；e2d、e2q分別為d軸、q軸擾動觀測誤差；k1d、k2d、k1q、k2q為可調參數；b、θ為可調參數。
24、作為本專利技術所述固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法的一種優選方案，其中：對所述固定時間收斂擴展狀態觀測器進行離散化后，d軸電流離散化固定時間收斂擴張狀態觀測器表示為，
25、
26、q軸電流離散化固定時間收斂擴張狀態觀測器表示為，
27、
28、作為本專利技術所述固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法的一種優選方案，其中：所述代價函數表示為，
29、
30、
31、其中，當前采樣周期為k，預測周期為np，控制周期為nc，k+j為從k時刻開始的第j個預測周期，為k+j時刻觀測器的d、q軸電流值，iref(k+j)為k+j時刻d、q軸電流參考值，δu(k+j)為k+j時刻d、q軸電壓增量，q為電流誤差權重，r為輸入電壓增量權重，是滿足z變換得到的拉蓋爾函數在時域中的表達式，是拉蓋爾相關系數。
32、作為本專利技術所述固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法的一種優選方案，其中：所述復合控制器表示為，u(k+1)＝u(k)+δu(k+1)。
33、本專利技術有益效果為：通過結合固定時間擴展狀態觀測器與模型預測控制方法，本專利技術在復雜負載變化和擾動條件下顯著提高了系統的魯棒性和響應速度。固定時間收斂的特性使得系統能夠在設定的時間內快速收斂至穩態，從而有效減少了傳統控制方法中因響應滯后造成的性能損失。特別是在面對負載突變或外部擾動的情況下，系統能夠在較短時間內恢復并穩定工作，這為鏈式刮板輸送系統在動態負載環境中的應用提供了可靠保障。本專利技術控制方法通過實時估計和補償擾動，能夠精確調節電機的轉速和轉矩，確保系統在各種工作條件下都能保持較高的運行效率和穩定性。固定時間收斂的優勢使得系統能夠更快適應負載波動，減少了不必要的能量消耗。
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1.一種固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法，其特征在于：包括，
2.如權利要求1所述的固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法，其特征在于：所述的含有擾動項的永磁同步電機電流模型為，
3.如權利要求2所述的固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法，其特征在于：所述的局部模型為，
4.如權利要求3所述的固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法，其特征在于：設定采樣周期為Ts，所述的局部模型離散化為，
5.如權利要求4所述的固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法，其特征在于：d軸電流誤差增量設定為d(k)，q軸電流誤差增量設定為q(k)，d軸擾動誤差增量設定為ΔFd(k)，q軸擾動誤差增量設定為ΔFq(k)，此時所述的電流預測的擴展增量模型表示為，
6.如權利要求5所述的固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法，其特征在于：所述固定時間收斂擴展狀態觀測器包括d軸和q軸電流固定時間收斂擴張狀態觀測器，所述d軸電流固定時間收斂擴張狀態觀測器表示為，
7.如權利要求6所述的固定時間擴展狀
8.如權利要求7所述的固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法，其特征在于：所述代價函數表示為，
9.如權利要求8所述的固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法，其特征在于：所述復合控制器表示為，u(k+1)＝u(k)+Δu(k+1)。
...【技術特征摘要】
1.一種固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法，其特征在于：包括，
2.如權利要求1所述的固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法，其特征在于：所述的含有擾動項的永磁同步電機電流模型為，
3.如權利要求2所述的固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法，其特征在于：所述的局部模型為，
4.如權利要求3所述的固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法，其特征在于：設定采樣周期為ts，所述的局部模型離散化為，
5.如權利要求4所述的固定時間擴展狀態觀測器的鏈式刮板調速控制方法，其特征在于：d軸電流誤差增量設定為d(k)，q軸電流誤差增量設定為q(k)，d軸擾動誤差增量設定為δfd(k)，q軸擾動誤差增量設定為δfq(k)，此時所述的電流...
【專利技術屬性】
技術研發人員：高麗華，王琰，馬凱，朱麗琴，呂筱東，
申請(專利權)人：南京科技職業學院，
類型：發明
國別省市：
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