[实用新型]一种基于终端滑模的永磁同步电机直接转矩控制系统

说明书

技术领域

本实用新型属于电机控制技术领域，涉及一种基于终端滑模的永磁同步电机直接转矩控制系统。

背景技术

交流永磁同步电动机(PMSM，Permanent Magnet Synchronous Machine)以结构简单、运行可靠、转矩重量比高、损耗小等特点，在高精度和高可靠性要求场合获得广泛应用，如工业、民用、军事等领域。直接转矩控制系统(DTC，Direct Torque Control)是以转矩为中心来进行磁链、转矩的综合控制。与矢量控制不同，直接转矩控制不需要解耦，通过检测电机定子电压和电流，借助瞬时空间矢量理论计算电机的磁链和转矩，并根据与给定值比较所得差值，实现磁链和转矩的直接控制。其具有鲁棒性强、转矩动态响应速度快、控制结构简单等优点，它在很大程度上解决了矢量控制中结构复杂、计算量大、对参数变化敏感等问题。但存在磁链控制不对称、转矩脉动大、逆变器开关频率不恒定、低速时磁链和转矩难以控制等问题。

传统的直接转矩控制技术采用了定子磁链定向和空间电压矢量的思想，通过采用传感器检测电机定子电流和电压，在定子坐标系下观测电机的磁链、转矩，并把二者的观测值与给定的磁链和转矩进行比较，差值经过两个滞环比较控制器得到相应的控制信号，再根据当前定子磁链矢量的位置从预制的开关状态表中选择相应的电压空间矢量，实现对电机转矩的控制。为了降低或消除低速时的转矩脉动，提高转速、转矩控制精度，扩大直接转矩控制系统的调速范围，近些年来提出了许多新型的直接转矩控制系统。虽然这些新型直接转矩控制技术在不同程度上改善了调速系统的低速性能，但是其低速性能还是不能达到矢量控制的水平。而且对于高性能永磁同步电动机的直接转矩控制系统，需要准确获取转子位置信息，产生所需要的电磁转矩。传统转子位置和速度的检测多采用光电编码器或者旋转变压器等机械位置传感器，这种传感器的使用不但增加了系统成本，同时也增大了电机的尺寸和转动惯量，降低了系统可靠性，也限制了传动系统在一些特殊环境下的应用。为了解决上述问题，无位置传感 器控制系统成为研究热点，通过检测永磁同步电动机定子电压、电流等易测量的物理量，进行转子位置信息的计算。

滑模变结构控制因其对系统参数不确定性和外部扰动具有良好的不变性，在电机调速领域已开始广泛使用，传统线性滑模变结构控制，系统状态与给定轨迹之间的偏差渐近收敛。终端滑模变结构控制由Zak于1998年提出的，与线性滑模相比，终端滑模变结构控制通过在滑模中引入非线性项，改善了系统的收敛特性，使得系统状态能够在有限时间内收敛到给定轨迹，具有鲁棒性强、可靠性高、动态响应速度快、有限时间收敛、稳态跟踪精度高等优点。由于在平衡点附近加速收敛，滑动模态是可设计的，且与系统的参数变化及外部扰动无关，因此终端滑模理论特别适用于高精度的控制，并且在实际工程中逐渐得到了推广和应用。

实用新型内容

为了解决永磁同步电机直接转矩控制系统现有技术所存在的磁链控制不对称、转矩脉动大、逆变器开关频率不恒定、对系统参数摄动、外干扰、测量噪声等鲁棒性低，低速时磁链和转矩难以控制的问题，本实用新型提供一种基于终端滑模的永磁同步电机直接转矩控制系统。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于终端滑模的永磁同步电机直接转矩控制系统，包括主电路、信号检测电路和控制电路，其特征在于，所述主电路包括逆变器和PMSM模块，所述控制电路包括终端滑模转速外环控制器、自适应模糊滑模转矩、磁链内环控制器、SVPWM模块、定子磁链、电磁转矩估计模块、3/2坐标变换模块和转子位置、速度估计模块；终端滑模转速外环控制器与自适应模糊滑模转矩、磁链内环控制器连接，自适应模糊滑模转矩、磁链内环控制器与SVPWM模块连接，SVPWM模块与逆变器连接，逆变器分别与PMSM模块、信号检测电路连接，信号检测电路与3/2坐标变换模块连接，3/2坐标变换模块分别与SVPWM模块、定子磁链、电磁转矩估计模块连接，定子磁链、电磁转矩估计模块与自适应模糊滑模转矩、磁链内环控制器连接，转子位置、速度估计模块分别与终端滑模转速外环控制器、定子磁链、电磁转矩估计模块连接。