[发明专利]基于新型滑模控制的IPMSM弱磁控制系统及控制方法

说明书

本发明提出一种基于新型滑模控制的IPMSM弱磁控制系统及控制方法，涉及电机弱磁控制的技术领域，在传统内置式永磁同步电机弱磁控制的基础上，基于新型滑模趋近律设计滑模速度控制环，将该滑模速度控制环应用于内置式永磁同步电机弱磁控制，提高了内置式永磁同步电机弱磁控制系统的鲁棒性、动态响应速度和抵抗外部干扰的能力，同时提升滑模趋近速率，抑制了系统抖振。

技术领域

本发明涉及电机弱磁控制的技术领域，更具体地，涉及一种基于新型滑模控制的IPMSM弱磁控制系统及控制方法。

背景技术

内置式永磁同步电动机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor，IPMSM)具有转矩密度高、功率密度高、效率高等一系列优点，被广泛应用于电动汽车等电力传动领域。

内置式永磁同步电动机的运行控制至关重要，常用的方法如最大转矩电流比(Maximum Torque Per Ampere，MTPA)控制，适用于基速以下运行。而在要求电机高转速运行的环境下，必须采用弱磁(Flux-weakening，FW)控制策略来实现。内置式永磁同步电机在弱磁扩速过程中，速度环控制器要满足响应快、误差小、精度高、抗干扰能力强的要求。

为了满足内置式永磁同步电机弱磁控制对速度控制环的要求，学者们提出滑模控制、自适应控制、神经网络控制等方法，其中，滑模控制具有对参数变化不敏感，抗干扰能力强，鲁棒性好等优点，被广泛应用到内置式永磁同步电机的速度环设计上。但滑模控制存在状态变量趋近滑模面速度慢、抖振严重等问题，针对这一问题，许多研究人员通改进滑模趋近律来优化。如在已公开的基于滑模变结构的内置式永磁同步电机的弱磁矢量控制的文章中提出了利用滑模变结构设计速度环来提高内置式永磁同步电机的弱磁性能，速度环采用滑模控制器来代替传统PI控制器，一定程度上提高了系统响应速度和稳定性，但由于引入了滑模控制，系统的抖振严重；公开专利“变指数幂次趋近律滑模及其PMSM控制应用”中利用变指数趋近律设计滑模速度控制器，该方案虽然在一定程度上提高了滑模趋近速度，但当系统状态远离滑模面时趋近速度提高有限，不能满足永磁同步电机弱磁算法快响应要求；在公开专利“改进趋近律的内置式永磁同步电机的滑模转速控制方法”中，通过改进滑模趋近律来提高滑模速度控制器的趋近速度，但改进趋近律中引入的等速到达项，导致系统状态靠近滑模面时的系统抖振增大；在专利“一种基于新型趋近律的PMSM调速控制方法”中设计了一种新型滑模速度控制器，趋近律中引入系统状态变量和滑模函数幂次项在一定程度上提高了滑模趋近速度，但系统状态靠近滑模面时仍有较大的切换增益，系统抖振问题没有解决。

发明内容

为解决在内置式永磁同步电动机弱磁控制时，存在滑模趋近速度慢、抖振严重的问题，本发明提出一种基于新型滑模控制的IPMSM弱磁控制系统及控制方法，以新型的滑模趋近律设计滑模速度控制环，提高了内置式永磁同步电机弱磁控制系统的鲁棒性、动态响应速度和抵抗外部干扰的能力，同时提升滑模趋近速率，抑制了系统抖振。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种基于新型滑模控制的IPMSM弱磁控制系统，包括：

转速检测模块，用于检测内置式永磁同步电机实际的机械角速度ω_m、电角度θ和电角速度ω_e；

Clark变换模块，用于对定子三相电流进行Clark变换，得到电流i_α及i_β；

Park变换模块，用于将电流i_α及i_β进行park变换得到旋转坐标系下电流的实际值i_d及i_q；