[发明专利]基于连续终端滑模技术的永磁同步电机速度复合控制方法

摘要

本发明公开了一种基于连续终端滑模技术的永磁同步电机速度复合控制方法。根据矢量控制原理，将永磁同步电机系统解耦成速度环和电流环分别进行控制。对速度环采用复合控制方法。本发明设计了连续终端滑模控制器，作为反馈控制器，使永磁同步电机速度在整个调节过程中都具有较快的响应，并且克服了滑模控制的抖振问题；对速度环干扰项采用二阶有限时间干扰观测器，作为前馈补偿器，实时观测和补偿干扰。当无干扰观测误差时，永磁同步电机转速能够有限时间内到达参考速度，当干扰观测误差有界时，永磁电机转速能够有限时间内到达参考速度的邻域。本发明提出的复合控制方法能够有效调节永磁同步电机转速，具有快的调节速度和好的鲁棒性。

主权项

一种基于连续终端滑模技术的永磁同步电机速度复合控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：采集定子绕组上的三相电流ia、ib、ic，通过Clark变换，转换成为静止坐标系下α、β轴的等效电流iα、iβ；通过位置速度传感器获得永磁同步电机的转子位置θ，计算Park变换矩阵，将静止坐标系下的电流iα、iβ变换为旋转坐标系下d、q轴的电流id和iq；步骤二：以永磁同步电机实际速度ω(t),d、q轴电流id和iq为状态变量，获得永磁同步电机旋转坐标系下的状态空间表达式，结合矢量控制，令d轴参考电流满足将非线性耦合的永磁同步电机解耦为速度环和电流环，构成内外环结构；并获得解耦后实际速度ω(t)的二阶微分方程；步骤三：内外环结构中，外环是速度环，参考输入为永磁同步电机的参考速度ωr(t)；以永磁同步电机的参考速度ωr(t)和实际速度ω(t)之差，作为速度误差ew(t)，并获得以速度误差ew(t)及其导数为状态的永磁同步电机速度误差系统状态方程；步骤四：以速度误差ew(t)为自变量，设计终端滑模面函数σ(t)，并依据获得终端滑模控制器；为获得连续终端滑模控制器CNTSMC，以两项σ(t)的分数阶绝对值函数和来代替中符号函数项，其中0<ρ1<1，ρ2>1为分数阶，并设定两个大于0的控制增益η1，η2的值，从而设计出连续终端滑模控制器Un(t)，η为大于0的控制增益；步骤五：考察步骤三中获得的速度误差系统的状态方程，将能测量、计算获得的信号作为已知项f(t)，将不能用传感器测量的项、参数变化项以及外界干扰作为速度环干扰项d(t)；根据Aria Levant提出的鲁棒精确微分器理论，设计二阶有限时间干扰观测器，观测永磁同步电机速度环干扰项d(t)，获得d(t)的实时观测值步骤六：依据步骤四中获得的连续终端滑模控制器Un(t)和步骤五中获得的速度环干扰项实时观测值在连续终端滑模控制器Un(t)中引入实时观测值构造永磁同步电机的复合控制器复合控制器控制器的输出作为电流环输入；步骤七：内外环结构中，内环是电流环，电流环输入来自速度环的输出；由于d轴参考电流依据步骤二中实际速度ω(t)的二阶微分方程，得到速度环输出与q轴参考电流的关系，从而将内外环连接起来；步骤八：永磁同步电机电流环包括d轴和q轴电流环，均采用PI控制器控制，调节PI控制器比例系数kp和积分系数ki，使其能够渐近跟踪d轴和q轴电流参考信号步骤九：步骤八中的d轴电流环的PI控制器输出为d轴电压ud，q轴电流环的PI控制器输出为q轴电压uq，依据步骤一中获得的永磁同步电机的转子位置θ，计算Park逆变换矩阵，对ud和uq进行Park逆变换，转换为α、β坐标系下的定子电压uα和uβ，再通过空间矢量脉宽调制SVPWM技术，对永磁同步电机进行速度调节。