[发明专利]一种基于参数优化的永磁同步电机双闭环滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种基于参数优化的永磁同步电机双闭环滑模控制方法，具体为：采集永磁同步电机三相电流和实际转速，将三相电流转换成d‑q坐标系下的等效电流；构造滑模面和转速环滑模控制器；对滑模控制器的初始参数采用遗传算法进行优化，将优化后参数输入到滑模控制器中，滑模控制器输出参考电流与等效电流一起输入双闭环PI控制器，将双闭环PI控制器输出的电压变换得到静止两相坐标系电压，再经过空间矢量调制输出PWM信号，然后产生三相电压信号控制电动机的转速。本发明解决了现有的永磁同步电机转速环滑模控制器控制效果因参数选取不当而达不到预期水平，且人工调试耗费过长时间并难以保证获得较好的控制性能的问题。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及一种基于参数优化的永磁同步电机双闭环滑模控制方法。

背景技术

永磁同步电机利用稀土永磁体作为转子励磁，永磁体充磁后可以产生永久的磁场。它成本低，稳定性好，精度高，体积小，已被广泛应用于各相关领域。

然而永磁同步电机属于交流电机，它的启动特性和调速特性无法做到和直流电机一样的水平，直到矢量控制的出现这一情况才大为改善。近年来，随着技术的不断发展，永磁同步电机被应用于更多高精尖领域。如今，高性能低成本的永磁同步电机正在逐步取代传统电机，成为交流伺服控制领域的一个重要方向。

虽然永磁同步电机技术已取得长足进度，但仍然存在启动特性和调速特性不如直流电机，转矩和磁链控制难的问题，这些问题已成为目前永磁同步电机的研究热点。针对转矩和磁链控制难问题，在上世纪七十年代，德国的学者提出了一种控制策略，名为矢量控制，通过坐标的变换方法将异步电动机等效为一台直流电动机，从而像直流电动机一样可以进行快速的转矩和磁链控制。PI控制是永磁同步电机的一种常用控制方法，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。

但传统的PI控制器已经不能满足目前的非线性，强耦合系统应用需求，针对使用PI控制器时永磁同步电机的调速系统的动态品质不佳的问题，有学者提出采用滑模变结构控制作为转速环控制器。滑模变结构控制是变结构控制系统的一种控制策略。其与常规的控制方法不同之处在于他是不连续控制，滑模控制具有鲁棒性好、控制算法简单和可靠性高等优点。但他的问题在于选取滑模控制器的参数为人为试验参数，通过一遍一遍观察不同参数产生的不同实验结果来对比选出最优参数或者根据以往工程经验来选取最优参数，选取参数时间耗费过长，且容易选取不到最优的参数，因此设计滑模控制器过程中参数的设计需要耗费长时间调试，且难以获得较好的控制性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于参数优化的永磁同步电机双闭环滑模控制方法，解决现有技术中存在的人工选取参数时间耗费过长，且容易选取不到最优的参数的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于参数优化的永磁同步电机双闭环滑模控制方法，具体按照如下步骤实施：

步骤1，采集永磁同步电机三相电流i_a，i_b，i_c和实际转速ω_m，将i_a，i_b，i_c依次进行clark和park变换转换成d-q坐标系下的等效电流i_d，i_q；

步骤2，构造滑模面和转速环滑模控制器；

步骤3，选取一组范围内的滑模控制器初始参数c₀，q₀，ε₀，应用遗传算法对始参数进行优化，得到优化后的滑模控制器参数c_n，q_n，ε_n，将优化后的滑模控制器参数输入到滑模控制器中；