[发明专利]基于双滑膜结构的永磁同步电机直接转矩控制系统及方法

权利要求书

1.基于双滑膜结构的永磁同步电机直接转矩控制系统，其特征是，包括二阶滑模控制器模块、变参数PI调节器模块、dq/αβ模块、SVPWM模块、abc/αβ模块、逆变器模块、速度传感器模块、全阶滑模观测器模块和永磁同步电机；永磁同步电机分别与逆变器模块、abc/αβ模块和速度传感器模块并联连接；逆变器模块依次连接SVPWM模块、dq/αβ模块、二阶滑模控制器模块；abc/αβ模块与全阶滑模观测器模块连接；全阶滑模观测器模块与二阶滑模控制器模块和变参数PI调节器模块并联；速度传感器模块与变参数PI调节器模块连接。

2.如权利要求1所述的基于双滑膜结构的永磁同步电机直接转矩控制系统，其特征是，二阶滑模控制器模块包括转矩磁链控制器和定子磁链控制器。

3.基于双滑膜结构的永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、abc/αβ模块通过检测逆变器模块的电压、电流转换成静止坐标系下的电压、电流；

步骤2、全阶滑模观测器模块通过检测静止坐标系下的电压、电流进行估算，得出永磁同步电机的定子磁链、电磁转矩；

步骤3、速度传感器模块检测永磁同步电机的实时转速n；

步骤4、变参数PI调节器模块通过检测转速的差值而输出相应转矩给定值；

步骤5、二阶滑模控制器模块的输入为转矩差值和定子磁链差值，输出为旋转坐标系下的电压

步骤6、dq/αβ模块根据输入的经过旋转变化得到静止坐标系下的

步骤7、SVPWM模块的输入为静止坐标系下的输出为逆变器模块的开关信号；

步骤8、逆变器模块的输入为逆变器的开关信号输出为三相交流电，通过对逆变器开关状态的控制，实现对永磁同步电机转速的控制。

4.如权利要求3所述的基于双滑膜结构的永磁同步电机直接转矩控制方法，其特征是，二阶滑模控制器的设计步骤包括：

dq坐标系下PMSM的数学模型为：

式(1)中：ψ_f为永磁体转子磁链，ω_e为电角速度，R_s为定子电阻，L_s为定子电感，ψ_s＝ψ_d+jψ_q为定子磁链空间矢量，i_s＝i_d+ji_q为定子电流空间矢量，u_s＝u_d+ju_q为定子电压空间矢量；

电磁转矩方程为：

式(2)中，p_n为电机的极对数；

当定子磁链矢量的方向与d轴方向一致时，磁链幅值表达式为：

ψ_s＝∫(u_d-Ri_d)dt (3)

基于二阶滑模的磁链控制器为：

式(4)中：为磁链控制器计算得到的d轴电压分量，u_d为定子电压在d轴的分量；磁链的滑膜面函数其中为定子磁链给定值；且增益K_p和K_i满足式(5)的稳定条件，

K_m为李雅普诺夫稳定性判别系数，C为常数；选取K_p＝100,K_i＝1；

同理，基于二阶滑模的转矩控制器为：

式(6)中，为磁链控制器计算得到的q轴电压分量，u_q为定子电压在q轴的分量，转矩的滑膜面函数其中，为转矩给定值，T_e为实际转矩，且增益K_p和K_i满足式(5)的稳定条件，式(4)和式(6)中的r为0或0.5。