[发明专利]一种基于滑模切换的永磁电机控制方法

说明书

本发明公开了一种基于滑模切换的永磁电机控制方法，首先建立永磁电机数学模型；基于常规线性滑模面，采用超螺旋滑模和一种改进指数趋近律切换的方法，设计永磁电机速度环控制器，用以控制q轴电流；通过采用两种滑模控制切换的方法，以系统输出转速的误差为0作为控制目标，在系统初始时采用超螺旋滑模，令状态变量逼近原点；满足阈值后切换为指数趋近律，使状态变量可快速趋近于0，最终令电机转速稳定在给定值，本方法可增加系统状态变量的收敛速度，从而提升系统动态性能，同时令系统对外部匹配扰动具有鲁棒性。

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种永磁电机控制方法。

背景技术

在自控领域的背景中，我们进行科学研究的时候，通常是将模型线性化后进行分析，然而实际情况中并非如此，比如电路中的电阻在温度变化时，其阻值会呈现非线性变化，而非我们常用的频域分析中的视为常数。这就导致了在控制对象的线性化模型中，涉及到一些物理参数是会随着环境变化，尤其是依温度变化而变化的。当工况变化较为剧烈时，传统PI控制器由于其本身局限性，已然不好满足一些场合中对系统动态性能的要求，而滑模控制可以很好的弥补这一问题。滑模控制会令系统状态从任意初始位置开始运动，最终进入滑模区，在有限时间稳定在平衡点(原点)附近。滑模控制可以有效规避系统未知变化带来的影响，同时不需要精确模型，通过合理的滑模面的选定，还可以有效提升系统动态性能和稳态性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于滑模切换的永磁电机控制方法，首先建立永磁电机数学模型；基于常规线性滑模面，采用超螺旋滑模和一种改进指数趋近律切换的方法，设计永磁电机速度环控制器，用以控制q轴电流；通过采用两种滑模控制切换的方法，以系统输出转速的误差为0作为控制目标，在系统初始时采用超螺旋滑模，令状态变量逼近原点；满足阈值后切换为指数趋近律，使状态变量可快速趋近于0，最终令电机转速稳定在给定值，本方法可增加系统状态变量的收敛速度，从而提升系统动态性能，同时令系统对外部匹配扰动具有鲁棒性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

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：