[发明专利]基于扩张状态观测器的永磁同步电机双幂次滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种基于扩张状态观测器的永磁同步电机双幂次滑模控制方法，具体步骤如下：建立永磁同步电机系统的数学模型；设计永磁同步电机系统双幂次滑模控制器；设计系统扩张状态观测器。本发明对于系统负载扰动和参数摄动具有较强的鲁棒性，可以保证系统状态的快速收敛，不仅可实现系统的快速稳定控制而且可明显减弱系统抖振现象，使所设计的控制器更符合工程系统的应用需求。

技术领域

本发明涉及控制技术领域，尤其涉及一种基于扩张状态观测器的永磁同步电机双幂次滑模控制方法。

背景技术

永磁同步电机(PMSM)由于具备结构简单、维护方便、电源利用效率高、低噪声、高可靠性等特点，在工业机器人、数控设备、新能源汽车等领域获得了广泛的应用。对其控制算法的研究也备受人们的关注，如常规的算法有PI控制算法，但由于PMSM调速系统是易受模型参数变化、负载扰动等内外部不确定性因素影响的非线性强耦合系统，常规的PI控制算法已难以满足高性能的控制要求。近年来，人们提出了许多非线性控制策略用于提高系统的稳定性和鲁棒性。

滑模控制作为一种非常有效的非线性系统控制解决策略，有其自身的许多优势，如算法实现简单，计算量小，响应迅速，进入滑动模态后对系统参数变化和扰动具有很强的鲁棒性，可用于永磁同步电机的调速控制。同时，由于系统模型存在不确定性及负载扰动等不确定性因素的存在，这些不确定性因素会对系统的控制性能产生极为不利的影响。为了解决这个问题，可以利用扩张状态观测能充分观测系统扰动的特性，不管是系统内部参数摄动还是外部负载力矩变化，都可以通过扩张状态观测实时估计并补充。在此基础上结合滑模控制技术来设计系统滑模控制器，可有效减弱系统抖振现象。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于扩张状态观测器的永磁同步电机双幂次滑模控制方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于扩张状态观测器的永磁同步电机双幂次滑模控制方法，具体步骤如下：

步骤1，建立永磁同步电机系统的数学模型，具体过程如下：

1.1假设电机磁场在空间呈正弦分布，磁路不饱和，不考虑铁芯磁滞损耗和涡流损耗情况下，可得面装式永磁同步电机在d-q坐标系下的状态方程：

式中，i_d，i_q分别为d，q轴的定子电流分量；u_d，u_q分别为d，q轴的定子电压分量；L为定子电感；n_p为极对数；R_s为定子电阻；φ为转子磁链；J为转动惯量；B为摩擦系数；T_L为负载转矩；ω为转子机械角速度。

1.2定义系统误差状态变量e＝ω_r-ω，其中，ω_r为期望转速，ω为永磁同步电机实际输出的转子机械角速度，由系统方程(1)的第三个式子得

记由于实际系统中摩擦系数未知，且会随现场温度而变化，T_L也易受负载扰动影响，所以可以将负载转矩和摩擦系数相关项看成系统的不确定项，加上其它一些扰动因素称之为系统的总和扰动，统一记为N，故式(2)可重写为

步骤2，永磁同步电机系统双幂次滑模控制器设计，具体过程如下：

2.1为实现系统误差状态e和的镇定控制，实现PMSM伺服系统的快速响应和提高跟踪精度，滑模面设计为

式中，λ₁为大于0的滑模面参数。

对s求导可得