[发明专利]一种基于滑模切换的永磁电机控制方法

权利要求书

1.一种基于滑模切换的永磁电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集永磁电机中的转子实时位置θ，通过进行θ对时间t求导计算，得到电机当前转速ω；

步骤2：采集永磁电机三相电流值i_a、i_b、i_c，根据Clarke变换，得到三相电流在两相静止坐标系下的电流分量i_α、i_β；其中，i_a、i_b、i_c分别表示电流矢量在三相坐标系a轴、b轴、c轴的分量，i_α和i_β分别表示电流矢量在两相静止坐标系下α轴和β轴的分量；

步骤3：对步骤2得到的两相静止坐标系下的电流分量i_α、i_β进行Park变换，得到两相旋转坐标系下的电流分量i_d、i_q；其中，i_d和i_q分别表示两相旋转坐标系下d轴和q轴的电流分量；

步骤4：根据永磁电机运动方程，令两相旋转坐标系下d轴电流参考值i_d^*＝0，将转速误差和转速误差变化率作为两个状态变量，经过滑模控制器运算，状态变量运动轨迹最终收敛至坐标原点，控制器输出值为两相旋转坐标系下q轴电流分量参考值i_q^*；具体如下：

步骤4-1：根据电磁转矩公式假设永磁电机为表贴式，则L_d＝L_q，L_d表示永磁电机d轴电感，L_q表示永磁电机q轴电感；简化后，建立永磁电机在两相旋转坐标系下的运动方程：

其中，T_e表示电机的电磁转矩，T_L表示负载转矩，p表示电机极对数，ψ表示电机永磁体磁链，J表示转子转动惯量，dω/dt表示转速变化率；

选取状态变量x₁和x₂：

其中，ω_d表示转速给定值，表示ω_d微分，表示转速的微分，将式(1)代入式(2)中，得到状态方程如下：

其中，表示变量x₂的一阶微分，表示x₁的二阶微分，表示机械转速二阶微分，表示两相旋转坐标系下q轴电流分量一阶微分；

写成矩阵形式为：

步骤4-2：设定线性滑模面为s＝x₁+cx₂，c为一个常数；将状态方程式(3)代入得：

步骤4-3：两相旋转坐标系下q轴电流i_q计算如下：

令采用超螺旋滑模控制律：

其中，s表示线性滑模面函数，k₁0，k₂0，sgn(s)为符号函数，具体形式为：

采用sat(x)替代式(6)中的sgn(s)，sat(x)表示为：

sat(x)函数为光滑的值域为[-1,1]的奇函数，其中，η为正实数；

将sat(x)带入到(6)中替换sgn(s)，得到：

步骤4-4：设定切换域为：x₁²+x₂²≤R，其中，R为一个正常数，当相轨迹穿越切换域的圆的边缘时，切换为趋近律：

其中，|X|为状态向量的模，λ为正整数，α0，ε0；

则得到：

步骤4-5：综上，两种不同系统状态下，两相旋转坐标系下q轴电流分量i_q分别为：

步骤5：电流环以i_q^*为参考值，通过PI控制器，令输出的实际q轴电流分量i_q跟随给定值i_q^*；

步骤6：对电流环输出的分量进行Park反变换，得到两相静止坐标系下的分量，两相静止坐标系下的分量通过空间矢量脉宽调制，得到预期电压，从而令永磁电机转速达到预设值。