[发明专利]一种减少永磁同步电机无速度传感器滑模控制抖振的方法

说明书

本发明公开了一种减少永磁同步电机无速度传感器滑模控制抖振的方法，该方法建立PMSM在αβ坐标系下的数学模型；构建滑模观测器对转速进行实时计算。针对传统滑模观测器因为符号函数不连续导致的滑模抖振现象，本发明构建新型分段指数型函数，该新型切换函数可分为滑模切换平面内及滑模切换平面外两部分，在平面边界层厚度外，使电流误差具有饱和特性；在平面边界层厚度内，通过改变切换函数的斜率来使系统控制更加灵活，使观测值可以快速、稳定到达滑模切换平面。本发明以滑模控制渐进稳定为目标，根据李雅普诺夫理论来分析滑模控制中的增益。

技术领域

本发明涉及一种减少永磁同步电机无速度传感器滑模控制抖振的方法，为利用新型切换函数代替传统符号函数，来抑制滑模控制的抖振现象的方法。将新型滑模观测器用于永磁同步电机无速度传感器控制系统中，并分析滑模控制增益。

背景技术

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因为带载能力强，广泛应用于电厂高效节能风机、压缩机领域。传统PMSM是在转轴处安装速度传感器，实时检测电机转速来实现电机转速矢量控制。为了节约体积、节省成本，采用算法实现电机转速矢量控制成为最近电机控制领域研究的热点。

滑模观测器作为一种状态观测器，具有算法简单、抗扰动能力强、对参数变化不敏感等优点。它采用符号函数代替偏差的实际值，由此带来的高增益特性提高了观测器的收敛速度，但是传统滑模观测器因为切换函数不连续，导致系统存在大量的高次谐波，即抖振现象。

发明内容

本发明的目的针对上述现有技术的不足，提供了一种减少永磁同步电机无速度传感器滑模控制抖振的方法，该方法建立PMSM在αβ坐标系下的数学模型；构建滑模观测器对转速进行实时计算。针对传统滑模观测器因为符号函数不连续导致的滑模抖振现象，本发明构建新型分段指数型函数，该新型切换函数可分为滑模切换平面内及滑模切换平面外两部分，在平面边界层厚度外，使电流误差具有饱和特性；在平面边界层厚度内，通过改变切换函数的斜率来使系统控制更加灵活，使观测值可以快速、稳定到达滑模切换平面。以滑模控制渐进稳定为目标，根据李雅普诺夫理论来分析滑模控制中的增益。

本发明采取如下技术方案来实现的：

一种减少永磁同步电机无速度传感器滑模控制抖振的方法，包括以下步骤：

1)建立三相坐标系下永磁同步电机PMSM的电压方程；

2)将步骤1)三相坐标系下PMSM电压方程化简为αβ两相静止坐标系下数学模型；

3)根据步骤2)PMSM两相静止坐标系下数学模型，建立基于滑模控制的PMSM状态方程；

4)用步骤2)PMSM两相静止坐标系下数学模型减去步骤3)滑模控制的PMSM状态方程，得到PMSM定子电流误差方程；

5)根据步骤4)PMSM定子电流误差方程和滑模面误差判据，得到PMSM反电动势表达式；

6)通过步骤5)PMSM反电动势表达式计算电机转子位置和转速；

7)为抑制滑模抖振，将步骤2)PMSM定子电流误差方程中符号函数用分段指数函数来代替；

8)为得到步骤2)PMSM定子电流误差方程中滑模增益的取值范围，定义滑模切面，得到滑模切面Lyapunov方程；

9)将步骤8)滑模切面Lyapunov方程求导数；

10)将步骤2)PMSM定子电流误差方程带入步骤9)滑模切面Lyapunov导数方程中，得到滑模切面Lyapunov导数方程电流误差表达式；

11)依据Lyapunov稳定判据，分析步骤10)滑模切面Lyapunov导数方程电流误差表达式，得到滑模增益取值范围。