[发明专利]基于高阶滑模补偿的永磁同步电机转速预测方法

说明书

本发明公开了基于高阶滑模补偿的永磁同步电机转速预测方法，包括将预设的参考转速和反馈转速所得差值，以及q轴反馈电流i_q，通过高阶滑模补偿的超局部无模型永磁同步电机进行转速预测，最终得到q轴参考电流i_q^*，再通过PI控制器，得到d轴参考电压u_d^*和q轴参考电压u_q^*；将d轴参考电压u_d^*和q轴参考电压u_q^*，通过坐标转换，得到两相控制电压；将两相控制电压经过SVPWM调制，得到开关信号S_a，S_b，S_c；通过S_a，S_b，S_c和直流侧电压U_dc，控制逆变器开关器件通断，获得所需的三相电压，进而控制永磁同步电机。本发明提高了控制系统的鲁棒性和抗干扰能力，能够实现较快的动态响应，跟踪额定转速，减小电流纹波，抑制抖振和降低转速脉动。

技术领域

本发明属于永磁同步电机的控制技术领域，具体涉及一种基于高阶滑模补偿的永磁同步电机转速预测方法。

背景技术

永磁同步电机(PMSM)具有结构简单，体积小，制造成本低和转动惯量小，功率密度高等优点，被广泛应用于驱动装置。同时，PMSM是一个强耦合、多变量、非线性的复杂系统，因此必须采用合理的控制方法，提高电机控制性能，满足实际需要，使电机平稳运行。

传统的PMSM控制方法，包括矢量控制和直接转矩控制。矢量控制技术，借鉴直流电机控制方法，建立解耦方程，实现直轴和交轴电流的分离，进而实现磁场和转矩的解耦，使交流电机具有类似直流电机的控制性能。但是当控制系统受到外部扰动或内部参数变化时，矢量控制难以满足实际要求；直接转矩控制摒弃了传统矢量控制技术的解耦思想，取消了旋转坐标转换，减弱了系统对电机参数的依赖，通过转矩和磁链调节器直接输出所需的空间电压矢量，从而达到转矩和磁链直接控制的目的。但是传统直接转矩控制方法存在较大的转矩和磁链脉动，逆变器开关不稳定，以及因转矩脉动带来的高频噪声等问题；

现如今，为了解决参数变化导致的模型失配，以及未知扰动对控制下能的影响，许多学者提出了很多解决方案。现代许多控制方法，都是基于控制对象数学模型，因而无法避免因参数变化带来的模型失配问题。为此Michel Fliess提出了无模型控制方法，已成功应用于交通、能源管理等各个领域。无模型控制只利用系统的输入和输出，不涉及任何系统参数，将系统已知干扰项和未知干扰项合并，统称为系统总扰动，因此避免了因参数漂移导致的控制性能下降，降低了控制系统对参数变化和未知扰动的敏感性。为了解决参数漂移、逆变器非线性和交叉耦合电压等模型失配问题，仅利用系统输入和输出，不考虑任何系统参数，建立超局部无模型控制。利用参数辨识方法估计系统总扰动，并进行前馈补偿，但是估计值存在一定的波动。同时有分析表明无模型预测电流控制性能和采样频率有一定的关系，低采样频率可能会导致控制性能不佳。因此提出基于扩张状态观测器的超局部无模型预测电流控制，针对系统总扰动，建立扩张状态观测器实时进行监测，并利用频域分析，进行扩张状态观测器参数整定。实验结果表明该方法在动态超调、跟踪误差以及输出脉动方面有较好的性能。但是PMSM控制系统中，既存在匹配扰动，也存在非匹配扰动，扩张状态观测器估计系统总扰动具有一定的局限性。有学者只利用定子电流以及不同逆变器开关状态下电流误差，建立基于电流差检测的无模型预测电流控制，但是必须在一个控制周期内中进行双电流采样，无疑增加了计算量；

因此如何提高PMSM转速对参数变化的鲁棒性，以及对已知扰动和未知扰动的抗干扰性，进行永磁同步电机转速预测控制是目前亟待解决的问题。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供基于高阶滑模补偿的永磁同步电机转速预测方法，用以提高PMSM转速对参数变化的鲁棒性，以及对已知扰动和未知扰动的抗干扰性，其具体的技术方案为：