[发明专利]基于连续滑模的永磁无刷直流电机调速控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于连续滑模的永磁无刷直流电机调速控制系统，其特征在于，包括永磁无刷直流电机、速度控制器模块、电流控制器模块、脉宽调制模块、三相逆变器模块、位置传感器模块、转子区间计算模块以及速度计算模块；其中，所述速度控制器模块与电流控制器模块相连接，所述电流控制器模块与脉宽调制模块相连接，所述脉宽调制模块与三相逆变器模块相连接，所述三相逆变器模块分别与永磁无刷直流电机、转子区间计算模块相连接，所述三相逆变器模块还给电流控制器模块提供负反馈，永磁无刷直流电机与位置传感器模块相连接，所述位置传感器模块与转子区间计算模块相连接，所述转子区间计算模块与速度计算模块相连接，所述速度计算模块为速度控制器提供负反馈，其中，永磁同步电机是被控对象，位置传感器模块用于检测安装于永磁同步电机上的位置传感信号，采用转子区间计算模块得到电机转子位置所在区间，并对三相逆变器模块实施换相控制；检测母线电流控制器模块所需的实际电流i；位置传感器信号经过转子区间计算出的数值，经过速度计算模块后，得到电机实际速度w；速度控制器模块输入端为速度参考值w_r与得到的电机实际速度w的差值，经过速度控制器模块后，得到电流控制器模块输入端的参考电流i_r；将得到的参考电流i_r与得到的实际电流i的差值，输入电流控制器模块后，得到脉宽调制模块的输入电压u；电压u经过脉宽调制模块，依据调制原则输出所需的脉冲宽度调制电压，传输到三相逆变器的输入端，在转子区间计算模块的换相控制下，驱动永磁无刷直流电机运行，各模块连接关系正确；

所述速度控制器包括连续滑模控制反馈和基于扩展状态观测器前馈两个部分；速度控制器的表达式为：

其中；c₁＞0,k₁＞0,sgn()为标准符号函数；表示参考速度w_r的导数，J表示为转动惯量，τ表示微分算子，a＝K_t/J,K_t为转矩系数，e₁为速度误差；i_r为速度控制器的输出；z₁₂为对集中扰动m₁的估计；

令e_d1(t)＝m₁-z₁₂为扰动误差估计；假设e_d1(t)的导数是有界的，并且存在常数k_ed10,使得：k_ed1一个常数，表示一个界限，表示扰动误差估计的导数；

把速度控制器表达式代入滑模面，可得对s₁求导可得：

取李雅普诺夫函数为：则

v表示李雅普诺夫函数符号，s是表示滑模面符号，|s₁|表示s₁的绝对值，由此可知当增益满足k₁＞k_ed1时，系统的速度误差首先在有限时间内达到滑模面然后沿着滑模面s₁＝0渐近趋近于零；

所述电流控制器包括连续滑模的反馈控制和基于扩张状态观测器的前馈控制复合而成；

定义电流误差e₂为：

e₂＝i_r-i

其中i_r为速度控制器的输出；i表示实际电流；

对e₂求导可得：

滑模面设计为：

电流控制器设计为：

其中b＝1/L；c₂＞0,k₂＞0,sgn()为标准符号函数；u为电流控制器的输出；z₂₂为对集中扰动m₂的估计，L分别表示定子电感；

令e_d2(t)＝m₂-z₂₂为扰动误差估计；假设e_d2(t)的导数是有界的，并且存在常数k_ed20,使得：

把电流控制器表达式代入滑模面，可得对s₂求导可得：

取李雅普诺夫函数为：则

由此可知当增益满足k₂＞k_ed2时，系统的电流误差首先在有限时间内达到滑模面然后沿着滑模面s₂＝0渐近趋近于零；

扩张状态观测器(ESO)Ι的表达式为：

其中p₁＞0为观测器Ι的参数,z₁₁为对速度w的估计，分别表示对速度w估计的导数和对集中扰动m₁估计的导数，z₁₂为对集中扰动m₁的估计；

扩张状态观测器(ESO)Π的表达式与扩张状态观测器(ESO)Ι的表达式类似，其表达式为：

其中p₂＞0为观测器Π的参数,z₂₁为对电流i的估计，z₂₂为对集中扰动m₂的估计。