具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种驱动电机的控制方法，其一种具体实施方式的流程示意图如图1所示，称其为具体实施方式一，包括：

S101：获取驱动电机的受控耗散哈密顿模型。

当然，本步骤中的受控耗散哈密顿模型也包括相关参数，作为一种具体实施方式，本步骤包括：

S1011：获取驱动电机的电气子系统状态方程及机械子系统状态方程。

下面举一例作为具体情况解释本步骤以方便理解，本步骤中定义系统状态变量其中i_sd、i_sq、i_rd、i_rq分别为定子电流和转子电流的d、q分量，ω_r为转子电压角转速；系统控制变量[u₁ u₂ u₃]＝[u_sd u_sq ω_s]，其中u_sd、u_sq分别为定子电压的d、q分量，ω_s为定子电压角速度，将电力管线巡检机器人驱动电机视为由电气子系统与机械子系统构成的负反馈连接系统，则同步旋转坐标系下电力管线巡检机器人驱动电机的状态方程可表示为一个四阶电气微分方程(1)和一个一阶机械微分方程(2)：

式中：R_s、R_r分别为定、转子电阻，L_s、L_r分别为定、转子电感，L_m为互感，J为转动惯量，D为阻尼系数，y_l为负载转矩，n_p为极对数，p为微分算子。

S1012：根据所述电气子系统状态方程及所述机械子系统状态方程得到受控耗散哈密顿模型。

接上例，将(1)(2)整理为统一数学模型，如下：

再结合电力管线巡检机器人驱动电机的状态方程，得到电力管线巡检机器人驱动电机的受控耗散哈密顿模型：

式中：ω_s为转差角速度，ω_s＝ω₁-ω_r，ω₁为定子角速度；系数矩阵负载转矩矩阵h＝[0 0 0 0 y_l]^T，系数矩阵控制变量矩阵u＝[u₁ u₂ 0 0 u₃]^T，关联矩阵

其中，定子磁链的d轴分量定子磁链的q轴分量

S102：根据所述受控耗散哈密顿模型及预设的注入系统能量信息确定系统期望能量函数。

例接上文，设定电力管线巡检机器人驱动电机的期望输出转矩为y_d、期望转子磁链为ψ_rd，则为实现转子磁场渐近矢量控制和电磁转矩渐近跟踪，控制目标制定为：

①电磁转矩渐近跟踪：

②转子磁场渐近定向：

③转子磁链幅值渐近跟踪：

选取系统状态参考值使系统满足与控制目标①～③相应的方程式(5)～(7)：

根据控制目标方程式(5)～(7)，可得系统状态参考值需满足：

根据上述控制目标，选取正定二次型能量函数：

设计系统期望能量函数为：

式中：为电力管线巡检机器人驱动电机中原存储的能量；为通过引入状态反馈控制所注入系统的能量。

S103：根据所述系统期望能量函数及所述受控耗散哈密顿模型，得到期望状态方程；其中，所述期望状态方程为通过系统期望的互联矩阵及系统期望的阻尼矩阵表达的系统状态变量的微分量。

作为一种具体实施方式，本步骤包括：

S1031：根据所述控耗散哈密顿模型，得到注入耗散矩阵及阻尼矩阵。

S1032：根据所述系统期望能量函数及所述受控耗散哈密顿模型，得到初级状态方程。

接前文例，根据公式(9)有：

于是有：

结合式(4)，得：

结合式(11)～(12)，得：

令ξ＝-D^-1h，则有初级状态方程：

S1033：根据所述初级状态方程、所述注入耗散矩阵及所述阻尼矩阵，通过闭环系统期望能量函数式，得到期望状态方程。

配置注入耗散矩阵和阻尼矩阵由闭环系统期望能量函数式(15)和式(14)推导可得电力管线巡检机器人驱动电机的期望状态方程为：

式中：为系统期望的互联矩阵， 为系统期望的阻尼矩阵，

S104：根据所述期望状态方程得到无源性控制律。

由系统期望能量函数式(9)和电力管线巡检机器人驱动电机期望状态方程式(16)可得状态反馈控制律为：

为使无源性控制律简易可行且系统收敛速率可控，选取 其中，r_a1、r_a2、r_a3、r_a4、r_a5为注入的正阻尼参数。定义实际状态与状态参考值间的跟踪误差则期望的能量函数为：

对的导数分别为：

由式(17)和式(19)可得无源性控制律为：

适当调节r_a1、r_a2、r_a3、r_a4、r_a5可使转子磁链、电磁转矩实际值快速跟随参考值，实现负载转矩时变未知情形下控制系统期望的动、静态性能。

S105：通过所述无源性控制律控制所述驱动电机。

本发明所提供的驱动电机的控制方法，通过获取驱动电机的受控耗散哈密顿模型；根据所述受控耗散哈密顿模型及预设的注入系统能量信息确定系统期望能量函数；根据所述系统期望能量函数及所述受控耗散哈密顿模型，得到期望状态方程；其中，所述期望状态方程为通过系统期望的互联矩阵及系统期望的阻尼矩阵表达的系统状态变量的微分量；根据所述期望状态方程得到无源性控制律；通过所述无源性控制律控制所述驱动电机。本发明针对负载转矩时变未知的情形，通过驱动电机的受控耗散哈密顿系统模型，利用本质上是非线性反馈控制的无源性控制方法，建立基于系统期望的互联矩阵及系统期望的阻尼矩阵的驱动电机的控制律，即添加了转子电阻自适应辨识环节，实现负载转矩、转子电阻时变未知时的磁链渐近跟踪，在大大简化所述无源性控制律计算方法的同时，保证了较强的鲁棒性，改善了无源性控制律的静态、动态特性，能有效抑制由转子电阻变化引起的跟踪误差，提升控制准确率。

在具体实施方式一的基础上，进一步对所述无源性控制律的获得方法做改进，得到具体实施方式二，其流程示意图如图2所示，包括：

S201：获取驱动电机的受控耗散哈密顿模型。

S202：根据所述受控耗散哈密顿模型及预设的注入系统能量信息确定系统期望能量函数。

S203：根据所述系统期望能量函数及所述受控耗散哈密顿模型，得到期望状态方程；其中，所述期望状态方程为通过系统期望的互联矩阵及系统期望的阻尼矩阵表达的系统状态变量的微分量。

S204：根据预设的系统状态变量确定对应的状态参考值。

S205：根据所述状态参考值确定滑模开关面。

接具体实施方式一的例子，设选择滑模开关面为：

式中：k_S＞0为有界常数。当S＝0，此时滑模存在且可达，速度渐进跟踪目标得以实现，k_S决定了S＝0时转速误差收敛到零的快慢。

S206：根据预设的比例增益、积分增益及所述滑模开关面，确定转速控制律。

所述比例增益及所述积分增益为根据系统稳定性要求设定比例增益k_p与积分增益k_i，设计转速控制律为：

y_d＝k_pS+k_i∫Sdt (22)

在上式(22)中，y_d为转速期望，y_d、k_p、k_i均已知，则可通过(22)得到实时的S值。

S207：根据所述转速控制律及所述期望状态方程得到无源性控制律。

为加快系统的动态响应，可在系统中加入定子频率加速项，得到改进后的无源性控制律，接上文中的举例，以所述无源性控制律中的u₃进行说明：

式中：r_a3＞0，调节r_a3可使转速误差以期望速度趋近于零。

所述定子频率加速项即为-r_a3S，其中-r_a3和S均通过前文中函数式得到，即可得知修正后的u₃。

S208：通过所述无源性控制律控制所述驱动电机。

本具体实施方式中，加入滑模控制策略，滑模控制策略可以在动态过程中，根据系统当前的状态有目的地不断变化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动，滑模控制基本思想如图4所示，从而进一步提高控制精度，提升转速渐进跟踪的效果。

基于dSPACE建立如图5所示的电力管线巡检机器人驱动电机控制系统，利用快速原型在线实时仿真功能，对负载转矩时变未知情形下磁链、转速的渐近跟踪控制进行有效性测试与验证。仿真结果如图6、图7及图8所示，电力管线巡检机器人驱动电机在基于受控耗散哈密顿模型采用无源性滑模控制后，可以实现转子磁链、电磁转矩的实际值快速跟随参考值及期望转速的快速跟踪。实验中所用感应电机参数如表1所示，在电机进入稳态后，突加负载后比较无源性滑模控制和传统PI控制的转速响应性能，结果如表2所示。

表1电力管线巡检机器人驱动电机参数

表2基于受控耗散哈密顿模型的无源性滑模控制与PI控制转速响应性能比较

下面对本发明实施例提供的驱动电机的控制装置进行介绍，下文描述的驱动电机的控制装置与上文描述的驱动电机的控制方法可相互对应参照。

图3为本发明实施例提供的驱动电机的控制装置的结构框图，称其为具体实施方式三，参照图3驱动电机的控制装置可以包括：

获取模块100，用于获取驱动电机的受控耗散哈密顿模型；

处理模块200，用于根据所述受控耗散哈密顿模型及预设的注入系统能量信息确定系统期望能量函数；

期望模块300，用于根据所述系统期望能量函数及所述受控耗散哈密顿模型，得到期望状态方程；其中，所述期望状态方程为通过系统期望的互联矩阵及系统期望的阻尼矩阵表达的系统状态变量的微分量；

控制律模块400，用于根据所述期望状态方程得到无源性控制律；

执行模块500，用于通过所述无源性控制律控制所述驱动电机。

作为一种优选实施方式，所述期望模块300包括：

矩阵提取单元，用于根据所述控耗散哈密顿模型，得到注入耗散矩阵及阻尼矩阵；

初级状态单元，用于根据所述系统期望能量函数及所述受控耗散哈密顿模型，得到初级状态方程；

高级状态单元，用于根据所述初级状态方程、所述注入耗散矩阵及所述阻尼矩阵，通过闭环系统期望能量函数式，得到期望状态方程。

作为一种优选实施方式，所述获取模块100包括：

子系统方程获取单元，用于获取驱动电机的电气子系统状态方程及机械子系统状态方程；

哈密顿单元，用于根据所述电气子系统状态方程及所述机械子系统状态方程得到受控耗散哈密顿模型。

作为一种优选实施方式，所述控制律模块400包括：

状态单元，用于根据预设的系统状态变量确定对应的状态参考值；

滑模单元，用于根据所述状态参考值确定滑模开关面；

转速控制律单元，用于根据预设的比例增益、积分增益及所述滑模开关面，确定转速控制律；

增强控制律单元，用于根据所述转速控制律及所述期望状态方程得到无源性控制律。

本发明所提供的驱动电机的控制装置，通过获取模块100，用于获取驱动电机的受控耗散哈密顿模型；处理模块200，用于根据所述受控耗散哈密顿模型及预设的注入系统能量信息确定系统期望能量函数；期望模块300，用于根据所述系统期望能量函数及所述受控耗散哈密顿模型，得到期望状态方程；其中，所述期望状态方程为通过系统期望的互联矩阵及系统期望的阻尼矩阵表达的系统状态变量的微分量；控制律模块400，用于根据所述期望状态方程得到无源性控制律；执行模块500，用于通过所述无源性控制律控制所述驱动电机。本发明针对负载转矩时变未知的情形，通过驱动电机的受控耗散哈密顿系统模型，利用本质上是非线性反馈控制的无源性控制方法，建立基于系统期望的互联矩阵及系统期望的阻尼矩阵的驱动电机的控制律，即添加了转子电阻自适应辨识环节，实现负载转矩、转子电阻时变未知时的磁链渐近跟踪，在大大简化所述无源性控制律计算方法的同时，保证了较强的鲁棒性，改善了无源性控制律的静态、动态特性，能有效抑制由转子电阻变化引起的跟踪误差，提升控制准确率。

本实施例的驱动电机的控制装置用于实现前述的驱动电机的控制方法，因此驱动电机的控制装置中的具体实施方式可见前文中的驱动电机的控制方法的实施例部分，例如，获取模块100，处理模块200，期望模块300，控制律模块400及执行模块500，分别用于实现上述驱动电机的控制方法中步骤S101，S102，S103，S104和S105，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。

一种驱动电机的控制设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述的驱动电机的控制方法的步骤。本发明所提供的驱动电机的控制方法，通过获取驱动电机的受控耗散哈密顿模型；根据所述受控耗散哈密顿模型及预设的注入系统能量信息确定系统期望能量函数；根据所述系统期望能量函数及所述受控耗散哈密顿模型，得到期望状态方程；其中，所述期望状态方程为通过系统期望的互联矩阵及系统期望的阻尼矩阵表达的系统状态变量的微分量；根据所述期望状态方程得到无源性控制律；通过所述无源性控制律控制所述驱动电机。本发明针对负载转矩时变未知的情形，通过驱动电机的受控耗散哈密顿系统模型，利用本质上是非线性反馈控制的无源性控制方法，建立基于系统期望的互联矩阵及系统期望的阻尼矩阵的驱动电机的控制律，即添加了转子电阻自适应辨识环节，实现负载转矩、转子电阻时变未知时的磁链渐近跟踪，在大大简化所述无源性控制律计算方法的同时，保证了较强的鲁棒性，改善了无源性控制律的静态、动态特性，能有效抑制由转子电阻变化引起的跟踪误差，提升控制准确率。

一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的驱动电机的控制方法的步骤。本发明所提供的驱动电机的控制方法，通过获取驱动电机的受控耗散哈密顿模型；根据所述受控耗散哈密顿模型及预设的注入系统能量信息确定系统期望能量函数；根据所述系统期望能量函数及所述受控耗散哈密顿模型，得到期望状态方程；其中，所述期望状态方程为通过系统期望的互联矩阵及系统期望的阻尼矩阵表达的系统状态变量的微分量；根据所述期望状态方程得到无源性控制律；通过所述无源性控制律控制所述驱动电机。

本发明针对负载转矩时变未知的情形，通过驱动电机的受控耗散哈密顿系统模型，利用本质上是非线性反馈控制的无源性控制方法，建立基于系统期望的互联矩阵及系统期望的阻尼矩阵的驱动电机的控制律，即添加了转子电阻自适应辨识环节，实现负载转矩、转子电阻时变未知时的磁链渐近跟踪，在大大简化所述无源性控制律计算方法的同时，保证了较强的鲁棒性，改善了无源性控制律的静态、动态特性，能有效抑制由转子电阻变化引起的跟踪误差，提升控制准确率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的驱动电机的控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。