[发明专利]改进指数趋近律的永磁同步电机模糊滑模控制系统及方法

说明书

本发明涉及交流电机传动技术领域，一种改进指数趋近律的永磁同步电机模糊滑模控制系统及方法，其中方法包括以下步骤：(1)计算速度偏差，(2)计算滑模切换函数s(t)，(3)s归一化处理，(4)s模糊化处理，(5)查模糊规则表，(6)k反模糊化，(7)计算FSMC的输出。本发明方法采用基于指数趋近律的积分型滑模变结构控制，改进的指数趋近律是往等速项中引入误差的平方变量，将控制系统状态运动点的趋近速度与误差联系起来，使控制系统状态运动点的抖振呈衰减走势。具有减小输出的抖振、鲁棒性强、响应快速、稳定性好等特点。

技术领域

本发明涉及一种改进指数趋近律的永磁同步电机模糊滑模控制系统及方法， 属于交流电机传动技术领域。

背景技术

加快发展智能化制造装备和产品，组织研究高档数控机床、工业机器人等智 能化装备和生产线，以及创新改进伺服电机及驱动器等智能核心化装置中，电动 机是电能和机械能转换的媒介，在工业制造中发挥着极其重要的作用，同时作为 驱动电动机的伺服控制器也有着举足轻重的地位。

在中小型容量的伺服控制系统中，广泛使用永磁同步电机(Permanent MagnetSynchronous Motor，PMSM)作为被控对象，原因在于其物理结构简单、安装所 需空间较小、转矩脉动低和工作效率高等优点。自上世纪80年代以来的三十几年 间，控制理论、微处理器技术、电力电子技术和传感器技术都呈现出飞越式的发 展，同时对永磁同步电机控制方法的研究也不断涌现新的科研成果，交流控制系 统的起动、运行性能指标也日渐超越直流控制系统。电机驱动系统中“以交流伺 服替代直流伺服”的目标正逐步得以实现，永磁同步电机控制系统正向着全数字 化和高智能化的未来迅猛前进。

永磁同步电机系统自身就有着复杂性、非线性等多种不利因素，这对控制系 统的运算处理性能有着较高要求。应用在永磁同步电机的控制策略主要包括：传 统控制策略(如PID控制、矢量控制、直接转矩控制等)、基于现代控制理论的控 制策略(如：自适应控制、变结构控制、鲁棒控制等)、基于智能控制思想的控制 策略(模糊控制、神经网络控制、专家控制、遗传算法等)。滑模变结构控制(SMC) 在鲁棒性、响应速度以及算法实现方面均具有一定优势，但运行时存在抖振现象， 需要加以改进。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种改进指数趋近律的 永磁同步电机模糊滑模控制系统及方法。该方法能够有效提高永磁同步电机控制 器的鲁棒性、稳定性和快速性，并且很好地减轻输出的抖振，具有方法实现简单 的特点。

为了实现上述发明目的，解决己有技术中存在的问题，本发明采取的技术方 案是：一种改进指数趋近律的永磁同步电机模糊滑模控制方法，包括以下步骤：

步骤1、计算速度偏差，首先将控制系统中的永磁同步电机的期望速度N*与 永磁同步电机采样的实际速度N进行比较，计算永磁同步电机转速偏差量x₁＝ N*-N；

步骤2、计算滑模切换函数s(t)，采用基于改进指数趋近律的积分型滑模变结 构控制，改进的指数趋近律是往等速项中引入误差的平方变量，将控制系统状态 运动点的趋近速度与误差联系起来，使控制系统状态运动点的抖振呈衰减走势， 控制系统状态运动点是以恒速趋向滑模切换面，当s(t)＝0时，由于控制系统状态 运动点自身惯性会冲出滑模切换面，强迫拉回后，继续重复原来的动作，造成来 回切换的抖振现象；趋近率的原理是从控制系统状态运动点的实际状态出发，当 控制系统状态运动点距离滑模切换面较远时，要迫使系统状态运动点加速趋向滑 模切换面，以提高系统响应速度；当控制系统状态运动点距离滑模切换面较近时， 控制系统状态运动点要逐渐减速趋近于零，以减弱系统状态运动点常速下穿越滑 模切换面所产生的抖振，指数趋近律可通过公式(1)进行描述，