[发明专利]一种基于双滑模控制的永磁同步电主轴直接转矩调速系统及方法

权利要求书

1.一种基于双滑模控制的永磁同步电主轴直接转矩调速系统，其特征在于：包括主电路、控制电路、信号检测电路；

所述主电路包括逆变器和永磁同步电主轴；

所述控制电路包括转速环调节器、滑模控制器、坐标变换模块、SVPWM模块、定子磁链电磁转矩估计模块、转子位置速度估计模块；

所述信号检测电路包括传感器；

所述传感器输入端与逆变器和永磁同步电主轴相连，传感器输出端与定子磁链电磁转矩估计模块输入端相连，定子磁链电磁转矩估计模块输出端与滑模控制器输入端相连；转子位置速度估计模块输入端与永磁同步电主轴相连，永磁同步电主轴输出端与转速环调节器输入端相连，转速环调节器输出端与滑模控制器输入端相连；滑模控制器输出端与坐标变换模块输入端相连，坐标变换模块输出端与SVPWM模块输入端相连，SVPWM模块输出端与逆变器相连。

2.如权利要求1所述的一种基于双滑模控制的永磁同步电主轴直接转矩调速系统，其特征在于：所述滑模控制器为双滑模控制器。

3.如权利要求2所述的一种基于双滑模控制的永磁同步电主轴直接转矩调速系统，其特征在于，所述转速环调节器为PI调节器，PI调节器设于转速环，根据转速误差自动调制控制器参数。

4.如权利要求3所述的一种基于双滑模控制的永磁同步电主轴直接转矩调速系统，其特征在于，所述双滑模控制器转矩滑模控制器和磁链滑模控制器，转矩滑模控制器根据PI调节器输出实际转矩和转矩估计值的差值作为输入值，磁链滑模控制器根据实际磁链和磁链估计值的差值作为输入值，双滑模控制器输出直轴定子电压u^*_d和交轴定子电压u^*_q。

5.如权利要求4所述的一种基于双滑模控制的永磁同步电主轴直接转矩调速系统，其特征在于，永磁同步电主轴数学建模如下：

α、β两相静止坐标系下永磁同步电主轴的电压方程为：

其中，u_α、u_β为α、β静止坐标下的定子电压，i_α、i_β为α、β静止坐标下的定子电流，R为定子电阻，ω_e为转子角速度，为永磁体磁链；

α、β两相静止坐标系下永磁同步电主轴的磁链方程为：

α、β两相静止坐标系下永磁同步电主轴的电磁转矩方程为：

式中：p_n为永磁同步电主轴的极对数；

滑模控制器建模如下：

定义切换函数：S＝[S₁ S₂]^T

式中：T^*为给定的转矩，ψ^*为给定的磁链平方，T为实际计算出的转矩，ψ为实际计算出的磁链平方；

将切换函数S对时间求导，可得：

结合公式(2)、(3)、(4)、(5)可得矩阵方程：

式中：X，Y为系数矩阵，Z为控制律矩阵，且X＝[X₁ X₂]^T，其中：

设计滑模控制律为

6.如权利要求1所述的一种基于双滑模控制的永磁同步电主轴直接转矩调速方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据永磁同步电主轴的实际转速与给定转速的差值作为PI调节器的给定值，计算出电主轴的转矩；

S2、根据在定子坐标系下观测电主轴的磁链和转矩，并把观测值分别与PI调节器计算出的转矩和给定的磁链进行比较，差值经过双滑模控制器，得到直轴定子电压u^*_d和交轴定子电压u^*_q；

S3、直轴定子电压u^*_d和交轴定子电压u^*_q经过坐标变换得到电压u_α^*和电压u_β^*；

S4、根据电压u_α^*和电压u_β^*经过SVPWM变换，作用在主电路逆变器上的功率开关器件，对永磁同步电主轴的直接转矩控制。