[发明专利]一种低速大转矩直驱电机抗扰动复合控制器设计

权利要求书

1.一种低速大转矩直驱电机抗扰动复合控制器设计，包括以下内容：

一种永磁同步电机滑模控制方法，其特征在于，所述永磁同步电机滑模控制方法包括以下步骤：

在转子同步坐标系下，将电压和永磁体磁链在内的时变参数量转化为非时变量参数，并根据电机基本特性且考虑系统不确定性扰动建立永磁同步电机模型；采用矢量控制方法简化永磁同步电机数学模型，列写永磁同步电机转矩及运动方程，并在L_d＝L_q的表贴式电机条件下继续简化方程；

步骤二，基于分段速率调节趋近律的转速控制策略，将永磁同步电机的转矩方程代入运动方程以得到转速状态方程，并设转速误差为系统状态变量；选取系统滑模面，并确定分段速率调节趋近律的方程；基于建立永磁同步电机模型，将选取的滑模面求导并与设计的趋近律联立，将转速状态方程代入得到系统q轴电流方程即为系统的输出变量；分析该方程参数为实验做铺垫，参数选取：ε＝50,k＝20,c＝500，a＝0.3，b＝0.4，α＝2，p＝11，q＝5；

步骤三，设计负载观测器，基于分段速率调节趋近律的负载转矩观测器，实现扰动转矩的观测，并将观测结果补偿给滑模速度控制器，抑制系统抖振；经李雅普诺夫稳定性证明得出，设计的滑模扰动观测器在跟踪误差方面的稳定性，实现电动汽车在爬坡、下坡及定速巡航时理想转速值的跟随。

步骤四，在滑模控制和敷在观测器扰动补偿结合，设计抗扰动复合观测器。其中负载扰动补偿有利于转速滑模控制具有较小开关增益，进而减小抖振。

2.如权利要求1所述永磁同步电机滑模控制方法，其特征在于，步骤一中，在转子同步坐标系下，将时变参数量将转化为非时变量参数，根据电机的基本特性可以建立以下方程：

永磁同步电机电磁转矩方程：

永磁同步电机运动方程：

其中，L_d、L_q分别为d、q轴定子电感，p为电机的极对数，w为电机的角速度，T_e为电机的电磁转矩，T_L为电机施加的外部转矩，ψ_f为转子磁链，J为转动惯量，B为黏性系数；

忽略阻尼系数的影响，并结合式(1)、(2)、(3)可得如下数学模型：

建立系统状态方程：

式中：w^*为参考转速；w为实际转速。

将式(4)代入式(5)，得永磁同步电机的运动方程表达式：

3.如权利要求1所述永磁同步电机滑模控制方法，其特征在于，步骤二中，所述分段速率调节趋近律控制器设计，包括：

非奇异终端滑模面动态响应速度快、稳态跟踪精度高等优点。因此本文选取非奇异终端滑模面，改善状态变量到达滑模面的动态品质：

式中：β＞0；p,q为奇数(p＞q)。

应用本课题组提出的分段速率调节趋近律：

提出的分段速率调节的滑模趋近律优势在于：趋近过程在一般指数趋近律的基础上进一步细分，进行分阶段速率调节。以提高系统趋近过程的速率，并在有限时间内收敛到平衡点。

对式(7)进行求导，并结合式(6)、(8)可得：

控制器可以改写以下形式：

因此，q轴的参考电流可以表示为如下：

选取李雅普诺夫函数：

对式(12)求导可得：

由于ε＞0,k＞0，由李雅普诺夫稳定性定理可知，可保证设计的转速控制器在跟踪误差方面的稳定性。实现电动汽车在爬坡、下坡及定速巡航时理想转速值的跟随。