[发明专利]一种永磁同步直线电机基于变指数趋近律的滑模控制

摘要

本发明公开了一种永磁同步直线电机基于变指数趋近律的滑模控制，包括如下步骤(1)对原型电机方程进行坐标变换，建立PMSLM在d/q坐标系下的数学模型；(2)建立由电流环和速度环构成的PMSLM双闭环伺服控制系统；(3)选取线性切换函数，根据指数趋近律得到指数滑模控制律；(4)采用饱和函数取代滑模控制中的符号函数；(5)在切换函数的基础上引入积分环节，由变指数趋近律得到变指数滑模控制律；(6)使滑模增益与速度误差成非线性关系。本发明采用电流‑速度双闭环解耦控制结构，针对滑模控制中的抖振问题，在常规滑模控制器的基础上引入积分切换面和变指数趋近律，有效抑制了负载变化带来的扰动，显著提高了速度的跟踪性能和系统的鲁棒性。

主权项

一种永磁同步直线电机基于变指数趋近律的滑模控制，其特征在于，包括如下步骤：(1)对原型电机方程进行坐标变换，建立PMSLM在d/q坐标系下的数学模型：ud=Rid+Lddiddt-πτvLqiquq=Riq+Lqdiqdt+πτvLdid+πτvψfFe=n3π2τ[ψf+(Ld-Lq)·id]·iqFe=Mdvdt+Bv+fL]]>其中，ud、uq和三相绕组电压的dq轴分量，id、iq为三相绕组电流的dq轴分量；ψd、ψq为绕组磁链的dq轴分量；Ld、Lq为电感的dq轴分量；ψf为永磁体基波励磁磁链；R为每相绕组的电阻；v为直线电机初级动子的运行速度；τ为极距，n为动子极对数，M为动子质量，B为粘滞摩擦系数，fL为外部扰动；(2)建立由电流环和速度环构成的PMSLM双闭环伺服控制系统；(3)将步骤(1)所得数学模型简化为：Fe=KiqFe=Mdvdt+Bv+fL]]>定义状态变量：上式化为：式中，a,b,d为时变参数，fL为广义负载扰动；设v*、v分别为速度的给定值和反馈值，假设e＝v*‑v，x1＝∫edt，则得到PMSLM的速度误差状态方程为：x·1=x2x·2=e·=v·*-v·=v·*-av+biq+df]]>(4)选取线性切换函数s＝Cx1+x2，根据指数趋近律得滑模控制律：iq=-1b[Cx2+v·*-av+df+σsgn(s)+ks]=-1b[Cx2+v·*-av]-1b[σsgn(s)+ks+df]=ueq+uvs]]>其中，ueq为滑模等效控制部分，uvs是控制系统不确定的部分；(5)采用饱和函数sat(s)取代滑模控制中的符号函数sgn(s)，滑模控制器的控制律为：(6)在步骤(4)切换函数s的基础上引入积分环节，则切换函数为由变指数趋近律得滑模控制律为：iq=-1b[C0x1+C1x2+v·*-av+df+σ|x1|sgn(s)+ks]=-1b[C0x1+C1x2+v·*-av]-1b[σ|x1|sgn(s)+ks+df]]]>(7)使滑模增益A与误差e成非线性的关系如下：其中，e为速度给定值与反馈值之差，即e＝v*‑v。