[发明专利]基于负载转矩反馈的永磁同步电机动态面控制

说明书

本发明涉及一种基于负载转矩反馈的永磁同步电机动态面控制，属于电机控制技术领域。具体步骤如下：首先建立了永磁同步电机的数学模型，定义一种新型的状态变量方程，并基于新型的状态变量方程设计了一种新型的动态面滑模控制器。然后为得到负载转矩反馈量设计了一种基于指数收敛的干扰观测器，实现了负载转矩高精度观测。本发明可以有效地解决永磁同步电机在运行过程中因负载变化，而使控制系统性能下降的的问题，提高永磁同步电机控制系统的抗扰动能力，并且设计简单易于工程实现，具有较高的应用价值。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体是一种基于负载转矩反馈的永磁同步电机动态面控制。

背景技术

永磁同步电动机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高，以及电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点。近年来，随着永磁材料性能的进步，以及永磁电机控制技术的完善，永磁同步电机在工业领域有着广泛应用。但是，永磁同步电机是多变量、强耦合、非线性和变参数的复杂对象，为了获得优良的控制性能，需要研究一些可靠的控制算法。目前，三相永磁交流调速矢量控制系统中的速度控制器普遍采用传统的PI调节器，其算法简单，可靠性高及参数整定方便。但是，当永磁同步电机这一复杂系统受到外界扰动影响或电机内部参数变化时，传统的PI控制方法就不能满足控制系统的要求。近年来，各种性能优越的算法被引入永磁同步电机的控制系统来解决上述问题，如预测函数控制、模糊控制、卡尔曼滤波器控制、神经网络控制等。

先进控制策略的提出有效地实现的调速系统的高性能控制，但这些方法大多实现非常复杂，缺乏通用性，工程应用中有诸多局限性。另一方面针对永磁同步电机在运行过程中因负载变化，而使控制系统性能下降的的问题，利用转矩闭环控制会有更好的鲁棒性，但负载转矩的直接反馈将很难达到理想的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对永磁同步电机在运行过程中因负载变化，而使控制系统性能下降的问题的解决方法，提出了一种基于负载转矩反馈的永磁同步电机动态面控制方法。该方法有效地解决了上述问题，并且设计简单。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：

基于负载转矩反馈的永磁同步电机动态面控制方法，包括以下步骤：

步骤1、建立了永磁同步电机的数学模型，定义一种新型的状态变量方程。

步骤2、基于新型的状态变量方程设计一种新型的动态面滑模控制器。

步骤3、对所设计的观测器进行稳定性分析。

步骤4、设计一种基于指数收敛的干扰观测器来得到负载转矩反馈量。

有益效果：

本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：

本发明建立的永磁同步电机系统的状态变量方程，有良好的应对突变的能力。既解决了将负载转矩直接反馈回i_q控制环从而需要复杂解耦模块的问题；又解决了因没有引入负载转矩反馈而导致的系统鲁棒性不佳的问题。最后基于新型的状态变量方程建立的控制系统设计参数少，设计更简单，实现更加容易。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请的基于负载转矩反馈的永磁同步电机动态面控制仿真图

图2为在转速n＝1000r/min时，空载启动，全程无扰动条件下，线性自抗扰控制和动态面控制下的永磁同步电机转速响应曲线仿真对比图。

图3为在转速n＝1000r/min时，空载启动，t＝0.3s时转矩升为2N·m条件下，线性自抗扰控制和动态面控制下的永磁同步电机转速响应曲线仿真对比图。