[发明专利]基于永磁同步电机矢量控制系统的复合控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及交流电机传动技术领域，具体涉及一种基于永磁同步电机矢量控制系统的复合控制方法。

背景技术

随着经济的不断发展，汽车已经成为人们生活中必不可少的交通工具之一，汽车产业已成为国民经济重要的支柱产业。电动汽车作为一种绿色交通工具，其旗帜鲜明且独树一帜。近年来，消费者和政府对环境保护的意识增强以及世界能源价格的不断疯涨，电动汽车作为一种零排放无污染的新能源汽车，倍受汽车界人士的青睐。而电机及其驱动控制系统作为电动汽车的控制核心，其控制效果的好坏直接影响着电动汽车整车性能的优劣。电动汽车有限的空间要求选用小型、轻量和高效的电机，而永磁同步电机具有体积小、重量轻、转动惯量轻、功率密度高、效率高和输出转矩大等优点，成为电动汽车用驱动电机中最具竞争力的一款电机，日本和欧洲在混合动力电动汽车上已普遍使用。同时，我国蕴藏有丰富的稀土资源，随着新型永磁材料的不断涌现，永磁材料的成本有望降低，从而永磁电机比其他类电机在价格方面更是占有绝对的优势，永磁同步电机本身就是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，因此很难对这样一个复杂的系统进行精确的目标化控制。20世纪70年代初，德国学者F.Blaschke等人提出了矢量控制原理，针对交流电机这个强耦合的控制对象，采用参数重构的现代控制理论来解耦，进行矢量变换，仿照直流调速原理，使交流调速系统的动、静态性能达到直流调速的水平。对于表贴式的永磁同步电机一般采用直轴电流i_d＝0的方法进一步对永磁同步电机进行线性化解耦。目前，永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统普遍采用速度和电流双闭环控制方法，对速度的控制大部分利用传统的PID控制器，传统PID控制虽然原理简单，鲁棒性、稳定性好，但是快速性和抗干扰的能力非常有限。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于永磁同步电机矢量控制系统的复合控制方法，其能够有效提高永磁同步电机控制器的鲁棒性、稳定性以及稳态精度， 并能达到控制的快速性和强的抗负载扰动能力。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

基于永磁同步电机矢量控制系统的复合控制方法利用矢量变换原理将永磁同步电机的三相电流转换成直轴、交轴上的等效电流，再通过i_d＝0的方法对永磁同步电机的d、q轴的数学模型进一步线性化解耦，速度环采用分数阶PI^λD^μ控制和滑膜变结构复合控制，所述的分数阶PI^λD^μ控制和滑膜变结构复合控制通过可变加权因子α对速度环进行联合交叉控制。

进一步，所述的复合控制方法采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术模拟逼近基本磁链圆，实现对永磁同步电机的模拟正选波控制。

进一步，所述的分数阶PI^λD^μ控制和滑膜变结构复合控制中的滑膜变结构控制采用积分变结构控制策略，所述的滑膜变结构控制的切换函数引入状态积分项，变结构设计选择为函数切换控制。

进一步，所述的矢量变换包括Clark变换、Park变换和Park逆变换。

进一步，所述的可变加权因子的范围为0≤α≤1。

更进一步，利用α的两端极限值实现对控制方法的单选，进而采用分数阶PI^λD^μ控制或者滑膜变结构控制单独对速度环进行全程控制。

进一步，所述的复合控制方法采用的主控芯片为TMS320LF2812数字处理芯片。

相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：

1.本发明所提出的基于永磁同步电机矢量控制系统的复合控制方法在速度环的控制中兼备分数阶PI^λD^μ控制和滑膜变结构控制各自的优点，扬长避短，同时分数阶PI^λD^μ控制相对于传统PID控制对其控制范围得以拓宽，从而可以更灵活的去匹配滑膜变结构实现对永磁同步电机的复合控制；

2.本发明中所提出的分数阶PI^λD^μ控制和滑膜变结构复合控制中的分数阶PI^λD^μ控制是传统整数阶PID控制的推广，分数阶PI^λD^μ利用λ、μ两个自由度可将传统PID的点域控制范围拓展到面域，已有实验证明分 数阶PI^λD^μ控制较传统整数阶PID控制具有更好的控制效果；