[发明专利]一种采用滑模估计的永磁同步电机鲁棒容错控制方法

说明书

本发明提供一种采用滑模估计的永磁同步电机鲁棒容错控制方法，包括S1在静止参考系中建立永磁同步电机的数学模型；S2分别设计两个高阶滑模观测器和一个降维观测器来估算电压、转子角速度和定子电流；S3通过预设阈值来检测故障，如果检测到了故障，则使用与该故障传感器相应传感器的估算变量来代替该传感器；S4设计具有鲁棒性的高阶滑模控制器，通过确保误差轨迹的有限时间收敛来实现精确跟踪控制性能。本发明通过设计独立的三个观测器来生成相应的残差并进行传感器故障的检测，突破了复杂度限制，将仅限于一到两个传感器的故障诊断扩展到对任意数量的传感器故障诊断,此外，高阶滑模控制器能够确保故障重置后的误差轨迹在有限时间内收敛。

技术领域

本发明涉及一种采用滑模估计的永磁同步电机鲁棒容错控制方法，属于永磁同步电机控制技术领域。

背景技术

永磁同步电机具有效率高、转速范围宽、单位体积小、功率密度大的优点，尤其是其外特性效率曲线相比其他电机，在轻载时的效率值要高很多，其特性非常适合作为新能源汽车的驱动电机。然而，永磁同步电机是一个多变量、强耦合的非线性系统，存在着诸如电流饱和、系统饱和、参数摄动和外部扰动等不利因素，直接影响着控制系统性能的提高。因此，永磁同步电机的控制技术成为了广泛研究和关注的热点。

目前永磁同步电机的主流控制技术对电机参数的准确性要求较高，进而需要增加数个传感器如电压传感器、电流传感器及转速传感器。多传感器系统正常运行时可以保证控制的精确度与稳定性，但多传感器系统容易因为未知原因产生故障。一旦多传感器系统中的任意一个传感器出现了不可预知的故障，驱动器的控制性能就会下降甚至变得不稳定。

由此可见，在永磁直流同步电机的控制中，传感器故障检测和容错控制非常重要。但目前大多数的研究成果中，受制于系统的复杂度，都仅限于对特定的一到两个传感器进行故障检测，远不足以完美实现永磁同步电机的控制。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提出了一种采用滑模估计的永磁同步电机鲁棒容错控制方法，由以高阶滑模为基础的观测器和控制器组成，能够在出现未知传感器故障时保持系统稳定并确保系统控制性能。

本发明中主要采用的技术方案为：

一种采用滑模估计的永磁同步电机鲁棒容错控制方法，具体步骤如下：

步骤S1，在静止参考系中，建立永磁同步电机的数学模型，如式(1)所示：

且静止参考系中的反电动势e_α、e_β满足公式(2)：

定子的电流和电压在各相位与α轴、β轴之间的关系满足公式(3)：

式(1)-(3)中，R，L分别为定子的电阻和电感，K_E是电动势常数，θ_s是转子角度，ω_s是转子角速度，P是永磁同步电机的极对数，φ_m，T_l分别为转子磁通和负载转矩，F_v，J分别为粘滞摩擦和转动惯量，i_a，i_b，i_c分别为三相电流，v_a，v_b，v_c分别为三相电压，i_α，i_β是静止参考系中的电流，v_α，v_β是静止参考系中的电压；

步骤S2，分别设计第一高阶滑模观测器、第二高阶滑模观测器和降维观测器，所述第一高阶滑模观测器从电流测量和转子角速度测量中估算电压，所述第二高阶滑模观测器从电流测量和电压测量中估算转子角速度，所述降维观测器从电压测量和转子角速度测量中估算分别在α轴和β轴上未知的定子电流；