[发明专利]一种基于扰动观测器的永磁同步电机二阶滑模控制方法

权利要求书

1.一种基于扰动观测器的永磁同步电机二阶滑模控制方法，其特征在于，基于永磁同步电机在d-q轴坐标系下的数学模型，选择控制输出为速度偏差量，为转速环设计二阶滑模控制器；利用设计新型的一阶负载扰动观测器，进行前馈补偿；

所述控制方法的步骤包括：

步骤1、建立永磁同步电机的数学模型；

步骤2、定义永磁同步电机的状态变量，建立系统的状态方程；

步骤3、选择控制输出为速度偏差量，为转速环设计二阶滑模控制器；

步骤4、设计一种新型的一阶负载扰动观测器，并将观测的负载转矩进行前馈补偿；

步骤2中，所述定义的永磁同步电机的状态变量为x₁＝ω-ω^*,式中ω^*为转子期望角速度；

建立系统的状态方程的方法如下：

根据定义的状态变量，建立如下表达式：

考虑方程的不确定性，将式(2)表示为

其中，Δa,Δb,Δc表示相应的不确定项，假设d(t)为系统总的不确定项，则有

且d(t)≤L,L为一个有界的正常数；

将式(3)、式(4)带入式(2)，得系统状态方程如下

步骤3中，所述设计二阶滑模控制器的方法包括如下：

选择控制输出为速度偏差量s＝x₁，假设滑动变量相对阶为2，则滑动变量s满足

其中|b(t,x)|≥b；其中，常数b＞0；

针对式子(4)对应的系统设计如下的虚拟控制器

其中，定义r₁＝1，r₂＝r₁+τ，r₃＝r₂+τ，τ＝-τ₁/τ₂,τ₁为偶数，τ₂为奇数；

定义饱和函数为

以及

β₁＞1，则滑动变量s,将在有限时间内稳定；则实际控制器即给定电流如下

i_q＝∫u₁dt (9)；

步骤4中，所述新型的一阶负载扰动观测器的设计方法包括如下：

由永磁同步电机模型表达式得到如下关系：

将其改写为

由式子(11)构造一个辅助系统如下

该辅助系统中，其输出为Z，输入为h，且h为电机实际转速ω与Z误差的K倍，即h＝K(ω-Z)，K为新型扰动观测器的增益，k_t为电机的转矩常数，Z为新型扰动观测器观测到的转速。

2.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测器的永磁同步电机二阶滑模控制方法，其特征在于，步骤1中，所述建立的永磁同步电机模型为

其中，i_d、i_q分别为永磁同步电机定子绕组的d轴电流、q轴电流，u_d、u_q分别为d轴电压、q轴电压，R为定子电阻，T_L为负载转矩，J为电机转动惯量，ω为电机机械角速度，B为摩擦系数，L为电机定子电感，为电机的磁链，P为电机极对数；且为电机转矩常数；对整个系统采用i_d＝0的矢量控制。

3.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测器的永磁同步电机二阶滑模控制方法，其特征在于，步骤4中，所述将观测的负载转矩进行前馈补偿的方法包括如下：

根据新型的一阶负载扰动观测器，得到其观测值，即负载转矩为

其中，为扰动观测值，h为扰动观测器中辅助系统的输入量，i_q为永磁同步电机定子绕组的q轴电流；

再将观测的负载转矩前馈补偿到电流环控制器的输入端，因此，得到电流如下：