[发明专利]一种基于Super‑twisting滑模的直接转矩控制系统

摘要

一种基于Super‑twisting滑模的直接转矩控制系统，用于对永磁同步电机的控制，其特征在于，所述控制系统三相逆变器与永磁同步电机之间并联连接；定子磁链和转矩估算模块根据测量得到的三相逆变器电压、电流进行估算；PI速度调节器的输入为转速差值输出为给定转矩值；Super‑twisting控制器模块，输入为转矩差值和定子磁链差值，输出为静止坐标下的uα、uβ；SVPWM控制器模块，输入为静止坐标下的uα、uβ输出为三相逆变器的开关信号；三相逆变器模块，输入为逆变器开关信号输出为三相交流电，通过对三相逆变器开关状态的控制，实现对永磁同步电机转速的控制。

主权项

一种基于Super‑twisting滑模的直接转矩控制系统，用于对永磁同步电机的控制，其特征在于，所述控制系统包括Super‑twisting控制器模块、SVPWM控制模块、PI速度调节器、定子磁链和转矩估算模块和三相逆变器模块，三相逆变器与永磁同步电机之间并联连接；定子磁链和转矩估算模块根据测量得到的三相逆变器电压、电流进行估算；PI速度调节器的输入为转速差值输出为给定转矩值；Super‑twisting控制器模块，输入为转矩差值和定子磁链差值，输出为静止坐标下的uα、uβ；SVPWM控制器模块，输入为静止坐标下的uα、uβ输出为三相逆变器的开关信号；三相逆变器模块，输入为逆变器开关信号输出为三相交流电，通过对三相逆变器开关状态的控制，实现对永磁同步电机转速的控制，其中，Super‑twisting控制器模块的设计步骤包括：在d‑q坐标系下建立直接转矩控制的Super‑twisting控制器设计，d‑q坐标系下的PMSM电压方程：ud=Rsid+dψqdtuq=Rsiq+dψqdt---(1)]]>(1)式中：ud、uq分别定子电压的d‑q轴分量；id、iq分别为定子电流的d‑q轴分量；ψd、ψq为定子磁链的d‑q轴电感分量；定子磁链方程为：ψd=Ldid+ψfψq=Lqiq---(2)]]>(2)式中：Ld、Lq分别为d‑q轴电感分量，表贴式电机定子电感满足Ld＝Lq＝Ls，电磁转矩方程为：Te=32Pnψfiq---(3)]]>由式(3)和动态转矩方程可得dωmdt=32PnψfJiq-TLJ-BJωm---(4)]]>根据式(1)、式(2)可得：diddt=-RsLsid+ωmiq+udLsdiqdt=-RsLsiq-ωmid+ψfLsωm+uqLs---(5)]]>根据定子磁链矢量d‑q轴坐标系可知，令ψs＝ψsd，则为定子磁链连续导函数为：dψsdt=ud-Rsidd2ψsdt2=Rs2Lsid-ωmRsiq-RsLsud+u·d---(6)]]>式中：Rs、Ls、id、iq、ωm都为有界函数，满足有限时间收敛条件，Super‑twisting磁链控制器能够设计为：ud=KP|sψs|12sgn(sψs)+u·d1u·d1=KIsgn(sψs)---(7)]]>式中：滑模变量是磁链误差且增益KP和KI满足式(8)的稳定条件，KI>CKm>0KP2=2KIKm+CKm---(8)]]>同理，电机电磁转矩连续导函数为：dTedt=32Pnψfdiqdtd2Tedt2=32Pnψf(-RsLsdiqdt-dωmdtid-ωmdiddt+ψfLsdωmdt+1Lsu·q)---(9)]]>将式(4)、式(5)带入电磁转矩二阶连续导函数可得：d2Tedt2=32Pnψf[(Rs2Ls2-ωm2+32Pnψf2JLs)iq+(2ωmRsLs-TLJ-BJωm)id+32PnψfJiqid-(RsψfLs+BψfLsJ)ωm-RsLs2uq-ωmLsud+1Lsu·q]---(10)]]>式中：Pn、ψf、Ls、Rs、ωm、J、B、iq、id、ud、uq都为有界函数，满足有限时间内收敛条件，Super‑twisting转矩控制器设计如下：uq=KP|sTe|12sgn(sTe)+u·q1u·q1=KIsgn(sTe)---(11)]]>(11)式中：滑模变量是转矩误差且增益KP和KI满足上式(8)的稳定条件。