基于反推控制和模态估计的永磁同步电机驱动柔性涡簧储能控制方法

涡卷弹簧是新型机械弹性储能系统的储能介质,作为典型的机械弹性元件,在储能过程中表现出较大柔性,使得常规PI控制器难以让系统在正常运行范围内保持较好的动态性能。首先,将涡卷弹簧等效为Euler-Bernoulli梁,基于Lagrange方程建立描述涡卷弹簧振动模态且能用于控制算法的动力学模型;然后,将非线性反推控制引入系统控制中,提出一种基于反推控制的永磁同步电机直接驱动柔性负载的储能运行和振动抑制相统一的控制方法,建立包括模态振动抑制的速度控制器和电流控制器,并从理论上证明了控制器的稳定性;同时针对涡卷弹簧模态的未知性,设计一种带遗传因子最小二乘算法的涡卷弹簧振动模态估计方法。实验结果表明,与传统PI控制相比,提出的控制方法在有效抑制涡簧振动的同时实现了系统平稳储能,由此验证了该方法的正确性与有效性。