專利名稱：基于分?jǐn)?shù)階積分滑模的永磁同步電機(jī)速度控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于分?jǐn)?shù)階積分滑模的永磁同步電機(jī)速度控制方法及裝置，屬于交流伺服電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
永磁同步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高、能量轉(zhuǎn)換效率高、調(diào)速范圍廣、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。由于永磁同步電機(jī)是一個(gè)典型的非線性、多變量耦合系統(tǒng)，且其性能受到外部負(fù)載擾動(dòng)、內(nèi)部參數(shù)變化、對(duì)象未建模和非線性動(dòng)態(tài)特性等不確定性的影響。為了獲得良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，一些魯棒控制策略如非線性控制、自適應(yīng)控制、H00控制、滑?？刂频认嗬^被引入到交流伺服系統(tǒng)的研究中。其中滑?？刂埔云漪敯粜詮?qiáng)、響應(yīng)快速、物理實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而得到研究人員的重視?；？刂谱鳛橐环N變結(jié)構(gòu)控制方法，當(dāng)系統(tǒng)相軌跡在所設(shè)計(jì)的滑模面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的不確定項(xiàng)以及外界干擾有著很強(qiáng)的魯棒性。從20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，先后有研究將滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用到交流伺服系統(tǒng)的控制中。為了進(jìn)一步解決傳統(tǒng)滑?？刂浦写嬖诘姆€(wěn)態(tài)誤差問(wèn)題，可以在滑模面的設(shè)計(jì)中引入積分項(xiàng)?；Ｃ嬷屑尤敕e分項(xiàng)可以讓系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差減少、有效削弱抖振的效果、增強(qiáng)控制器的穩(wěn)定性。針對(duì)永磁同步電機(jī)的速度控制，現(xiàn)有技術(shù)所設(shè)計(jì)的積分滑模面S定義如下:S = e(t) + C1Jo β{τ') τ ,可以看出現(xiàn)有技術(shù)所設(shè)計(jì)的積分滑模面S是基于速度誤差的整數(shù)階積分，因此得到的積分滑?？刂破饕彩恰ふ麛?shù)階的，在大的初始誤差或執(zhí)行器飽和時(shí)，會(huì)導(dǎo)致積分飽和效應(yīng)以及暫態(tài)性能下降等問(wèn)題。本發(fā)明中，基于狀態(tài)變量的分?jǐn)?shù)階微積分，構(gòu)造了非線性分?jǐn)?shù)階積分滑模面，并設(shè)計(jì)一種新的分?jǐn)?shù)階積分滑?？刂破鳎瑧?yīng)用到永磁同步電機(jī)的速度跟隨控制系統(tǒng)中，在保持傳統(tǒng)整數(shù)階積分滑?？刂破鞯耐瑫r(shí)，有效的克服了積分飽和效應(yīng)以及暫態(tài)性能下降等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠在永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)存在參數(shù)攝動(dòng)、負(fù)載擾動(dòng)情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的高性能速度跟隨控制，并克服現(xiàn)有積分滑?？刂浦杏捎诖蟮某跏颊`差或執(zhí)行器飽和所導(dǎo)致的積分飽和效應(yīng)以及暫態(tài)性能下降的基于分?jǐn)?shù)階積分滑模的永磁同步電機(jī)速度控制方法及裝置。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于分?jǐn)?shù)階積分滑模的永磁同步電機(jī)速度控制方法，包括如下具體步驟:步驟(I):采集永磁同步電機(jī)的三相電流ia、ib、i。，并進(jìn)行Clark變換,轉(zhuǎn)換成為α-β坐標(biāo)系下的等效電流込和％ ；步驟(2):通過(guò)位置傳感器獲得永磁同步電機(jī)的電機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度ω和轉(zhuǎn)子位置Θ ;步驟(3):根據(jù)步驟(2)中的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置Θ，將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置Θ和步驟(I)中α_β坐標(biāo)系下的等效電流1和ie進(jìn)行PARK變換，產(chǎn)生d-q坐標(biāo)系下的實(shí)際輸出電流值id 和 i“步驟(4):利用步驟(2)中的電機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度ω與速度給定值比較后的差值e (t)，構(gòu)造分?jǐn)?shù)階積分滑模面S ；步驟(5):根據(jù)步驟(4)中的分?jǐn)?shù)階積分滑模面S設(shè)計(jì)分?jǐn)?shù)階積分滑模轉(zhuǎn)速控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，從而得到d-q坐標(biāo)系下q軸電流給定值；步驟(6):對(duì)q軸電流給定值ξ與q軸實(shí)際輸出電流值比較后的差值進(jìn)行q軸
電流調(diào)節(jié)處理，產(chǎn)生q軸電壓輸出值U,，對(duì)d軸電流給定值^與d軸實(shí)際輸出電流值id比較后的差值進(jìn)行d軸電 流調(diào)節(jié)處理，產(chǎn)生d軸電壓輸出值ud，將上述d-q坐標(biāo)系下的電壓輸出值Ud和Uq進(jìn)行PARK逆變換處理，從而得到α-β坐標(biāo)系下的等效電壓控制給定值Ua和U0，對(duì)所述等效電壓控制給定值Ua和110進(jìn)行空間矢量脈寬調(diào)制，產(chǎn)生PWM信號(hào)，利用所述PWM信號(hào)控制三相逆變器產(chǎn)生三相電壓信號(hào)，并利用所述三相電壓信號(hào)控制永磁同步電機(jī)運(yùn)行。作為本發(fā)明的一種優(yōu)化方法:所述步驟(I)中的Clark變換表示為如下矩陣:
權(quán)利要求
1.一種基于分?jǐn)?shù)階積分滑模的永磁同步電機(jī)速度控制方法，其特征在于，包括如下具體步驟: 步驟(I):采集永磁同步電機(jī)的三相電流ia、ib、i。，并進(jìn)行Clark變換,轉(zhuǎn)換成為α - β坐標(biāo)系下的等效電流1和ie ;步驟(2):通過(guò)位置傳感器獲得永磁同步電機(jī)的電機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度ω和轉(zhuǎn)子位置Θ ；步驟(3):根據(jù)步驟(2)中的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置Θ，將電機(jī)轉(zhuǎn)子位置Θ和步驟(I)中α-β坐標(biāo)系下的等效電流1和ie進(jìn)行PARK變換，產(chǎn)生d-q坐標(biāo)系下的實(shí)際輸出電流值^和i,; 步驟(4):利用步驟(2)中的電機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度ω與速度給定值ωΜ 比較后的差值e (t)，構(gòu)造分?jǐn)?shù)階積分滑模面S ； 步驟(5):根據(jù)步驟(4)中的分?jǐn)?shù)階積分滑模面S設(shè)計(jì)分?jǐn)?shù)階積分滑模轉(zhuǎn)速控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，從而得到d-q坐標(biāo)系下q軸電流給定值 步驟(6):對(duì)q軸電流給定值< 與q軸實(shí)際輸出電流值i,比較后的差值進(jìn)行q軸電流調(diào)節(jié)處理，產(chǎn)生q軸電壓輸出值U,，對(duì)d軸電流給定值< 與d軸實(shí)際輸出電流值id比較后的差值進(jìn)行d軸電流調(diào)節(jié)處理，產(chǎn)生d軸電壓輸出值ud，將上述d-q坐標(biāo)系下的電壓輸出值Ud和Uq進(jìn)行PARK逆變換處理，從而得到α-β坐標(biāo)系下的等效電壓控制給定值Ua和U0，對(duì)所述等效電壓控制給定值Ua和110進(jìn)行空間矢量脈寬調(diào)制，產(chǎn)生PWM信號(hào)，利用所述PWM信號(hào)控制三相逆變器產(chǎn)生三相電壓信號(hào)，并利用所述三相電壓信號(hào)控制永磁同步電機(jī)運(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分?jǐn)?shù)階積分滑模的永磁同步電機(jī)速度控制方法，其特征在于，所述步驟(I)中的Clark變換表示為如下矩陣:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分?jǐn)?shù)階積分滑模的永磁同步電機(jī)速度控制方法，其特征在于，所述步驟(3)中的PARK變換表示為如下矩陣:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分?jǐn)?shù)階積分滑模的永磁同步電機(jī)速度控制方法，其特征在于，所述步驟(4)中構(gòu)造的分?jǐn)?shù)階積分滑模面S用如下公式表示:
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分?jǐn)?shù)階積分滑模的永磁同步電機(jī)速度控制方法，其特征在于，所述步驟(5)中設(shè)計(jì)的分?jǐn)?shù)階積分滑模轉(zhuǎn)速控制器的模型為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分?jǐn)?shù)階積分滑模的永磁同步電機(jī)速度控制方法，其特征在于，所述步驟(6)中PARK逆變換表示為如下矩陣:
7.一種基于分?jǐn)?shù)階積分滑模的永磁同步電機(jī)速度控制裝置，包括電流采集模塊、位置傳感器、Clark變換模塊、第一比較器、第二比較器、第三比較器、PARK變換模塊、q軸電流控制器、d軸電流控制器、PARK逆變換模塊、空間矢量脈寬調(diào)制模塊、三相逆變器和永磁同步電機(jī)，其特征在于，還包括分?jǐn)?shù)階積分滑模轉(zhuǎn)速控制器，其中: 所述電流采集模塊用于采集電機(jī)三相定子電流ia、ib和i。，并傳輸至Clark變換模塊；所述Clark變換模塊用于將電機(jī)三相定子電流ia、ib和i。變換為α-β坐標(biāo)系下的等效電流ia和i e，并將ia和i e傳輸至PARK變換模塊； 所述位置傳感器獲取永磁同步電機(jī)的電機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度ω和轉(zhuǎn)子位置Θ，并將所述電機(jī)轉(zhuǎn)子位置Θ分別傳輸至PARK變換模塊和PARK逆變換模塊，將所述電機(jī)運(yùn)行速度ω傳輸至第一比較器； 所述PARK變換模塊將接收到的轉(zhuǎn)子位置Θ和α-β坐標(biāo)系下的等效電流ia、ie進(jìn)行PARK變換，產(chǎn)生d-q坐標(biāo)系下的實(shí)際輸出電流值id和iq，并將d軸實(shí)際輸出電流值id傳輸至第三比較器，將q軸實(shí)際輸出電流值i,傳輸至第二比較器； 所述第一比較器將速度給定值與電機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度ω比較后的差值e(t)傳輸至分?jǐn)?shù)階積分滑模轉(zhuǎn)速控制器，所述分?jǐn)?shù)階積分滑模轉(zhuǎn)速控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)處理，輸出d-q坐標(biāo)系下q軸電流給定值ζ，并傳輸至第二比較器，所述q軸電流給定值ζ與q軸實(shí)際輸出電流值i,經(jīng)過(guò)第二比較器比較后的差值輸入至q軸電流控制器，所述q軸電流控制器產(chǎn)生q軸電壓輸出值U,，并傳輸至PARK逆變換模塊；d軸電流給定值 與d軸實(shí)際輸出電流值id經(jīng)過(guò)第三比較器比較后的差值輸入至d軸電流控制器，所述d軸電流控制器產(chǎn)生d軸電壓輸出值ud，并傳輸至PARK逆變換模塊；所述PARK逆變換模塊將接收到的q軸電壓輸出值Uq和d軸電壓輸出值Ud進(jìn)行PARK逆變換，產(chǎn)生α-β坐標(biāo)系下的等效電壓控制給定值Ua和U0，并將Ua和110傳輸至空間矢量脈寬調(diào)制模塊； 所述空間矢量脈寬調(diào)制模塊利用接收到的α-β坐標(biāo)系下的等效電壓控制給定值Ua和ue產(chǎn)生PWM信號(hào)，并傳輸至三相逆變器，所述PWM信號(hào)控制三相逆變器產(chǎn)生三相電壓信號(hào)，三相逆變器 利用所述三相電壓信號(hào)控制永磁同步電機(jī)運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于分?jǐn)?shù)階積分滑模的永磁同步電機(jī)速度控制方法，包括構(gòu)造分?jǐn)?shù)階積分滑模面S，并設(shè)計(jì)分?jǐn)?shù)階積分滑模轉(zhuǎn)速控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，本發(fā)明還設(shè)計(jì)了一種基于分?jǐn)?shù)階積分滑模的永磁同步電機(jī)速度控制裝置；本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于分?jǐn)?shù)階積分滑模的永磁同步電機(jī)速度控制方法及裝置能夠在永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)存在參數(shù)攝動(dòng)、負(fù)載擾動(dòng)情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的高性能速度跟隨控制，并克服現(xiàn)有積分滑?？刂浦杏捎诖蟮某跏颊`差或執(zhí)行器飽和所導(dǎo)致的積分飽和效應(yīng)以及暫態(tài)性能下降。
文檔編號(hào)H02P21/00GK103236814SQ20131015359
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者黃家才 申請(qǐng)人:南京工程學(xué)院