[发明专利]基于分段式永磁同步电机滑模伺服控制的方法

说明书

基于分段式永磁同步电机滑模伺服控制的方法。目前永磁同步电机伺服系统广泛采用矢量控制方式以及PID调节器进行控制，PID调节器存在易受参数变化影响、对负载变化的适应能力差、抗干扰能力弱等缺点。本发明包括如下步骤：步骤1：建立永磁同步电机系统的数学模型；步骤2：设计永磁同步电机滑模矢量控制器；（1）设计滑模转速控制器，（2）设计滑模位置控制器：步骤3：设计梯形速度模型控制方法，进行梯形分段式转速模型设计，根据控制器计算能力和实际需要的精度来选择加速段和减速段速度数据的数量，在相应的时间从数组中提取速度数据给速度给定变量实现梯形速度变化。本发明用于基于分段式永磁同步电机滑模伺服控制的方法。

技术领域：

本发明涉及一种基于分段式永磁同步电机滑模伺服控制的方法。

背景技术：

目前在数控机床、激光加工、机器人、大规模集成电路制造、雷达和武器随动系统、柔性制造系统、电动工具和家用电器等领域,伺服控制系统都扮演着支柱角色，研究高性能伺服控制技术,特别是最具前景的永磁同步电机伺服控制技术，具有重要的现实意义和实用价值，目前永磁同步电机伺服系统广泛采用矢量控制方式以及PID调节器进行控制，PID调节器存在易受参数变化影响、对负载变化的适应能力差、抗干扰能力弱等缺点；而伺服系统在运行过程中易受到机械传动机构带来的摩擦、振动、负载突变等问题的影响。因此，需要引入现代控制理论提高系统鲁棒性，滑模变结构控制对系统数学模型精度要求不高，响应速度快,对参数及外部扰动不敏感，是一种强鲁棒性控制方法，很适合应用于永磁同步电机伺服控制系统以改善其性能。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于分段式永磁同步电机滑模伺服控制的方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种基于分段式永磁同步电机滑模伺服控制的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：建立永磁同步电机系统的数学模型；

（1）假设电机磁场在空间呈正弦分布，磁路不饱和，在不考虑铁芯磁滞损耗和涡流损耗情况下，通过坐标变换，用d-q坐标系下的变量替代A-B-C坐标系下的变量，可使定子绕组的自感、互感系数由时变系数变为常系数，可得到永磁同步电机在d-q坐标系下的状态方程：

式中：U_d、U_q分别为d、q定子电压； i_d、i_q为d、q轴定子电流； _d、_q分别为d、q轴定子电感；R为定子相电阻；ψ_f为转子永磁体磁链；_e为电角速度；

电磁转矩方程为：

运动方程为：

式中：T_e为电磁转矩；T_L为负载转矩；p为极对数；J为转动惯量；B_m为摩擦系数；_m为转子机械角速度，_e=p_m，从永磁同步电机在d-q坐标下数学模型可以看出，通过控制直交轴电流i_d、可以实现对电机电磁转矩的控制间接实现对转速的控制；

步骤2：设计永磁同步电机滑模矢量控制器；

（1）设计滑模转速控制器

定义系统转速误差状态变量：

_r为期望转速，为永磁同步电机实际输出的转子机械角速度，

由x₁求导得x₂为：