[发明专利]基于滑模趋近律的正弦化电励磁双凸极电机速度控制方法

说明书

本发明公开了一种基于滑模趋近律的正弦化电励磁双凸极电机速度控制方法，涉及电机技术领域，该方法针对正弦化电励磁双凸极电机设计了一种滑模趋近律，基于滑模趋近律确定系统响应时间以及滑模抖振关于趋近律参数的表达式后，可以根据系统响应时间以及滑模抖振的设计要求调解得到滑模趋近律中的趋近律参数，然后根据滑模面表达式得到基于滑模趋近律的滑模控制律，最后通过前馈补偿干扰估计的方法得到基于扰动观测的滑模控制律后进行控制，该方法能够较好的解决传统滑模趋近律存在的系统响应时间和滑模抖振之间的固有矛盾，实现了电机转速的快速、无超调响应，削弱了滑模抖振，对系统内外扰动具有较强的鲁棒性，同时还具有参数调试简便的优势。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其是一种基于滑模趋近律的正弦化电励磁双凸极电机速度控制方法。

背景技术

作为一类新型同步电机，正弦化电励磁双凸极电机因其结构简单可靠、控制灵活以及适合高温高速场合等优点，在航空航天、舰船推进以及电动汽车等领域具有良好的应用前景。然而，在上述应用背景下，正弦化电励磁双凸极电机工况通常复杂多变，存在大量的不确定性扰动，包括电机参数摄动、外部负载扰动以及其它未建模动态引起的扰动，在这种情况下，正弦化电励磁双凸极电机的调速性能将受到严重影响。

目前，正弦化电励磁双凸极电机多采用转速(外环)、电流(内环)双闭环矢量控制方式，且转速外环调节器采用传统PI控制。但是，传统PI调节器作为一种线性调节器，其依赖于精确的系统模型参数，在遭受电机参数变化和外部不确定性的影响后，难以获得高品质的调速性能。滑模控制以其实现简单、对系统模型参数和不确定性扰动具有强鲁棒性被广泛应用于电机调速领域。然而，滑模控制的实现过程包括趋近阶段和滑模阶段，趋近阶段不具备强鲁棒性能，只有在滑模阶段才具备该特性。

目前，解决滑模控制方法在趋近阶段不具有强鲁棒性能的方法主要有两种：积分滑模控制和采用趋近律法的滑模控制。积分滑模控制的主要思想是通过在滑模面的设计中引入积分项，且通过设计合理的积分初始值，可以使得系统状态变量从一开始就处于滑模面上，从而消除了趋近阶段，直接进入滑模阶段，但是，在积分的累加效应下，会引起较大的超调。采用趋近律来改善滑模控制在趋近阶段的性能，可以提高趋近阶段的鲁棒性能，但是，目前常用的趋近律方法(包括等速趋近律、指数趋近律和幂次趋近律)在提高趋近阶段的鲁棒性能的同时，均存在着响应快速性与滑模抖振大小之间的矛盾关系。因此，研究同时具备全局强鲁棒性能和优良动、稳态性能的正弦化电励磁双凸极电机滑模速度控制方法具有重要意义。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于滑模趋近律的正弦化电励磁双凸极电机速度控制方法，本发明的技术方案如下：

一种基于滑模趋近律的正弦化电励磁双凸极电机速度控制方法，该方法包括：

设计正弦化电励磁双凸极电机的滑模趋近律为其中k为第一滑模增益且k0，f()是滑模面s的预定函数，为初始时刻t₀时滑模面s的值；α、β、λ为趋近律参数且α∈(0,1)，β、λ均大于0；

基于滑模趋近律确定系统响应时间以及滑模抖振关于趋近律参数的表达式，并通过调节趋近律参数使得系统响应时间和滑模抖振分别小于对应的阈值确定得到α、β、λ的取值；

基于正弦化电励磁双凸极电机的运动方程，构建基于正弦化电励磁双凸极电机的给定机械角速度和实际机械角速度为状态变量的滑模面表达式；

根据滑模面表达式得到基于滑模趋近律的q轴电流给定值的滑模控制律，根据滑模控制律调节q轴电流给定值控制正弦化电励磁双凸极电机的速度。

其进一步的技术方案为，基于滑模趋近律确定的系统响应时间关于趋近律参数的表达式为滑模抖振关于趋近律参数的表达式为T为数字控制器的采样周期，在调节趋近律参数时，减小α使系统响应时间减小，增大β使滑模抖振减小，在增大β的基础上减小λ使系统响应时间减小。