[发明专利]一种高速内嵌式永磁同步电机电流解耦控制方法

权利要求书

1.一种高速内嵌式永磁同步电机电流解耦控制方法，该方法包括以下步骤：

第一步、建立永磁同步电机精确离散数学模型：

在考虑数字控制延迟因素后，得到永磁同步电机精确离散数学模型，即式(6)：

其中：u_d,u_q分别为d,q轴电压，j是复数域，z为离散域，T_s为采样时间，R_s为定子电阻，w_e为转子电角速度，L_d,L_q为d,q轴电感；

第二步、构建高速永磁同步电机电流解耦控制器：

2-1、构建理想情况下电机电流解耦控制器：

假设在理想情况下，即永磁同步电机没有发生参数摄动和受到外界扰动时，根据第一步得到的永磁同步电机精确离散数学模型，利用零极点对消原理，通过直接设计法得到式(7)，式(7)即为旋转坐标系下理想情况下电机电流解耦控制器，

其中：k_d,k_q分别为d，q轴控制器增益，为d、q轴给定电流值；i_d,i_q为d、q轴电机实际电流反馈值；

定义第k个采样时刻理想情况下永磁同步电机输出的d,q轴理想电流为：i_dk^sim,i_qk^sim，理想情况下永磁同步电机输出的d,q轴理想电压为u_dk^sim,u_qk^sim，则理想情况下同步旋转坐标系永磁同步电机精确离散数学模型的等效方程为式(8)，

其中，ψ_f为永磁体磁链；

2-2、构建实际情况下永磁同步电机离散模型：

当控制系统受电机参数变化、外在扰动等因素影响时，实际情况同步旋转坐标系下永磁同步电机的等效方程为式(9)，

其中：

式中：ΔR_s、ΔL_d、ΔL_q、ΔR_s、Δψ_f分别为R_s、L_d、L_q、R_s、ψ_f的变化量；η_d、η_q为各种外部扰动和未建模部分的等效；k为离散域内第k个采样时刻；x为扰动变量；

2-3、引入离散滑模控制，构建实际情况下高速永磁同步电机电流解耦控制器：

为了解决理想电流解耦控制器在出现参数摄动和外界扰动时dq轴电流解耦效果变差的问题，引入离散滑模控制(D-SMC)，将其与理想情况下电机电流解耦控制器相结合；

在理想控制律u_dk^sim,u_qk^sim基础上增加一个能消除dq轴扰动h_d(x,k)、h_q(x,k)的控制律u_dk^real,u_qk^real，使得电机在初始状态时，式(9)的状态轨迹和式(8)的状态轨迹一致，则实际控制律u_dk,u_qk满足式(10)，

为使电机的整个运动过程都工作在滑模阶段，按照式(11)建立d轴电流离散滑模面，该滑模面能保证控制系统状态轨迹在开始阶段就在滑模面上，避免了趋近运动；

d轴滑模面：

由式(11)变形后得到式(12)：

为提高控制系统的动态品质，采用式(13)的离散指数型趋近律；

s_dk+1-s_dk＝-λT_ss_dk-εT_ssgn(s_dk) (13)

式中，λ、ε为常数，sgn()为符号函数；

然后根据式(8)、式(12)和式(13)，得到d轴电流离散滑模控制律为式(14)：

u_dk＝[-λs_dk-εsgn(s_dk)]L_d+u_dk^sim (14)

其中：εL_d＞|h_d|，λ＞0，u_dk^real＝[-λs_dk-εsgn(s_dk)]L_d；

同理通过式(15)建立q轴电流离散滑模面，并按照式(16)采用q轴离散指数型趋近律，根据式(8)、式(15)和式(16)得到q轴电流离散滑模控制律为式(17)，

s_qk+1-s_qk＝-λT_ss_qk-εT_ssgn(s_qk) (16)，

u_qk＝[-λs_qk-εsgn(s_qk)]L_q+u_qk^sim (17)，

其中：εL_q＞|h_q|，λ＞0，u_qk^real＝[-λs_qk-εsgn(s_qk)]L_q；

上述s_dk为k时刻d轴电流滑模面，s_qk为k时刻q轴电流滑模面，Z_dk、Z_qk是积分项；式(11)、式(14)和式(15)、式(17)构成离散滑模控制，式(6)、式(7)、式(11)、式(14)、式(15)和式(17)构成实际情况下高速永磁同步电机电流解耦控制器。