[发明专利]基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制方法及装置，属于交流伺服电机控制技术领域。

背景技术

永磁同步电机具有结构紧凑、功率密度高、能量转换效率高、调速范围广、重量轻等优点，在工业、民用、军事等领域得到广泛的应用。

由于永磁同步电机是一个典型的非线性、多变量耦合系统，且其性能受到外部负载扰动、内部参数变化、对象未建模和非线性动态特性等不确定性的影响。为了获得良好的动态响应，一些鲁棒控制策略如非线性控制、自适应控制、H_∞控制、滑模控制等相继被引入到交流伺服系统的研究中。其中滑模控制以其鲁棒性强、响应快速、物理实现简单等优点而得到研究人员的重视。

滑模控制作为一种变结构控制方法，当系统相轨迹在所设计的滑模面上运动时，对系统参数的不确定项以及外界干扰有着很强的鲁棒性。从20世纪90年代中期开始，先后有研究将滑模变结构控制应用到交流伺服系统的控制中。为了进一步解决传统滑模控制中存在的稳态误差问题，可以在滑模面的设计中引入积分项。滑模面中加入积分项可以让系统稳态误差减少、有效削弱抖振的效果、增强控制器的稳定性。

针对永磁同步电机的速度控制，现有技术所设计的积分滑模面S定义如下：

S=e(t)+C1∫0te(τ)dτ,]]>

可以看出现有技术所设计的积分滑模面S是基于速度误差的整数阶积分，因此得到的积分滑模控制器也是整数阶的，在大的初始误差或执行器饱和时，会导致积分饱和效应以及暂态性能下降等问题。

本发明中，基于状态变量的分数阶微积分，构造了非线性分数阶积分滑模面，并设计一种新的分数阶积分滑模控制器，应用到永磁同步电机的速度跟随控制系统中，在保持传统整数阶积分滑模控制器的同时，有效的克服了积分饱和效应以及暂态性能下降等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够在永磁同步电机控制系统存在参数摄动、负载扰动情况下，实现对电机的高性能速度跟随控制，并克服现有积分滑模控制中由于大的初始误差或执行器饱和所导致的积分饱和效应以及暂态性能下降的基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制方法及装置。

本发明采用如下技术方案解决上述技术问题：本发明设计了一种基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制方法，包括如下具体步骤：

步骤（1）：采集永磁同步电机的三相电流i_a、i_b、i_c，并进行Clark变换，转换成为α-β坐标系下的等效电流i_a和i_β；

步骤（2）：通过位置传感器获得永磁同步电机的电机实际运行速度ω和转子位置θ；

步骤（3）：根据步骤（2）中的电机转子位置θ，将电机转子位置θ和步骤（1）中α-β坐标系下的等效电流i_a和i_β进行PARK变换，产生d-q坐标系下的实际输出电流值i_d和i_q；

步骤（4）：利用步骤（2）中的电机实际运行速度ω与速度给定值ω_ref比较后的差值e(t)，构造分数阶积分滑模面S；

步骤（5）：根据步骤（4）中的分数阶积分滑模面S设计分数阶积分滑模转速控制器进行转速调节，从而得到d-q坐标系下q轴电流给定值；