一種永磁電機的滑?？刂撇呗缘闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明屬于永磁電機【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種永磁電機的滑?？刂撇呗裕龅挠来烹姍C采用雙閉速度電流控制，其特征在于，該控制策略采用一種滑模速度控制器和一種擴展滑模觀測器，所述的滑模速度控制器采用含有速度誤差和滑模面信息的指數(shù)趨近律，以給定轉(zhuǎn)速和反饋轉(zhuǎn)速的偏差作為輸入量，通過滑?？刂屏枯敵鰍軸電流給定值；所述的擴展滑模觀測器實時估算轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)速和負載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置提供速度閉環(huán)控制和坐標變換的信息，負載轉(zhuǎn)矩補償至滑模速度控制器，實現(xiàn)對永磁電機的高精度矢量控制。本發(fā)明的控制策略使系統(tǒng)在動態(tài)時能快速跟蹤給定速度，減小速度超調(diào)和電流波動，能提高系統(tǒng)的抗擾動性能。
【專利說明】-種永磁電機的滑模控制策略
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于永磁電機【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種電機滑?？刂撇呗?。
【背景技術(shù)】
[0002]由于永磁同步電機是一個多變量、強耦合的非線性系統(tǒng)，傳統(tǒng)線性控制如PI控制的性能易受系統(tǒng)不確定性、外部擾動等影響，會降低系統(tǒng)運行的可靠性和動靜態(tài)性能。滑模變結(jié)構(gòu)控制具有對不確定性擾動魯棒性強、動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點，在外部擾動和參數(shù)變化時仍能獲得良好的跟蹤性能，且具有較快的動態(tài)響應(yīng)速度，被成功應(yīng)用于永磁同步電機交流伺服系統(tǒng)中。
[0003]由于滑?？刂浦写嬖诓贿B續(xù)的開關(guān)控制，抖振成為滑模變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的固有特性，會降低系統(tǒng)的控制性能，如何削弱抖振并保證系統(tǒng)的魯棒性具有重要的研究意義。目前，文獻中削弱抖振的方法主要有四類:選取新的開關(guān)函數(shù)，該方法一般采用飽和函數(shù)或sigmoid函數(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開關(guān)函數(shù)，這種方法在削弱抖振的同時也一定程度上犧牲了系統(tǒng)的魯棒性；采用高階滑模控制器，該方法將不連續(xù)控制量作用在滑模變量的高階微分上，采用超螺旋算法設(shè)計高階滑?？刂破?，能有效抑制抖振現(xiàn)象但增加了算法的復(fù)雜度；采用Takag1-Sugeno (T-S)模糊模型，將滑模變結(jié)構(gòu)控制與T-S模型相結(jié)合，該方法不僅保留了滑?？刂频膬?yōu)點還可削弱抖振，可實現(xiàn)魯棒速度跟蹤和抖振削弱控制但需要復(fù)雜的穩(wěn)定性分析；應(yīng)用趨近律法，采用連續(xù)的指數(shù)趨近律構(gòu)建滑模速度控制器，已有的趨近律設(shè)計方法在一定程度上削弱了抖振。但是，上述方法中滑?？刂葡到y(tǒng)的抖振依然存在。因此，需要尋找合適的解決辦法，在保證系統(tǒng)魯棒性的前提下有效的削弱抖振并提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度。
[0004]此外，傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速由編碼器輸出的離散轉(zhuǎn)子位置微分得到，由此會帶來噪聲和離散誤差，影響系統(tǒng)雙閉環(huán)控制的動態(tài)響應(yīng)速度。負載轉(zhuǎn)矩的擾動也會影響系統(tǒng)的控制精度，而在永磁同步電機閉環(huán)控制中，都是假設(shè)負載轉(zhuǎn)矩擾動為零或固定值，當負載發(fā)生突變時，控制器并不能很好地抑制負載擾動，從而造成電機轉(zhuǎn)速發(fā)生較大幅度的變化。因此，有必要設(shè)計一種觀測器，對轉(zhuǎn)速和負載轉(zhuǎn)矩同時觀測，將兩者應(yīng)用于電機控制雙閉環(huán)中，從而提聞系統(tǒng)控制精度和抗擾動性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，解決滑?？刂浦械亩墩窈晚憫?yīng)速度緩慢的問題，提出一種能夠在保證系統(tǒng)魯棒性的前提下有效的削弱抖振并提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度的滑模速度控制器；本發(fā)明的另一個目的在于，對上述的滑模速度控制器進一步改進，采用能夠同時觀測轉(zhuǎn)速和負載轉(zhuǎn)矩的擴展滑模觀測器，從而進一步削弱抖振并提高系統(tǒng)抗擾性能。本發(fā)明提供的基于滑模控制器和轉(zhuǎn)速負載轉(zhuǎn)矩觀測器的控制策略，基于新型趨近律的滑?？刂破魇瓜到y(tǒng)在動態(tài)時能快速跟蹤給定速度，且減小速度超調(diào)和q軸電流的波動；轉(zhuǎn)速觀測的方法避免了傳統(tǒng)微分法計算轉(zhuǎn)速帶來的噪聲和離散誤差的影響，同時負載轉(zhuǎn)矩的前饋補償能進一步減小切換增益的取值，減弱控制器抖振，且提高系統(tǒng)的抗擾動性能。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0007]一種永磁電機的滑?？刂撇呗裕龅挠来烹姍C采用雙閉環(huán)速度電流控制，其特征在于，該控制策略采用一種滑模速度控制器和一種擴展滑模觀測器，所述的滑模速度控制器采用含有速度誤差和滑模面信息的指數(shù)趨近律，以給定轉(zhuǎn)速和反饋轉(zhuǎn)速的偏差作為輸入量，通過滑?？刂屏枯敵鰍軸電流給定值；所述的擴展滑模觀測器實時估算轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)速和負載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置提供速度閉環(huán)控制和坐標變換的信息，負載轉(zhuǎn)矩補償至滑模速度控制器，實現(xiàn)對永磁電機的高精度矢量控制。
[0008]作為優(yōu)選實施方式，所述滑模速度控制器的指數(shù)趨近律的設(shè)計如下:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.一種永磁電機的滑?？刂撇呗裕龅挠来烹姍C采用雙閉環(huán)速度電流控制，其特征在于，該控制策略包括一種滑模速度控制器和一種擴展滑模觀測器，所述的滑模速度控制器采用含有速度誤差和滑模面信息的指數(shù)趨近律，以給定轉(zhuǎn)速和反饋轉(zhuǎn)速的偏差作為輸入量，通過滑?？刂屏枯敵鰍軸電流給定值；所述的擴展滑模觀測器實時估算轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)速和負載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置提供速度閉環(huán)控制和坐標變換的信息，負載轉(zhuǎn)矩補償至滑模速度控制器，實現(xiàn)對永磁電機的高精度矢量控制。
2.如權(quán)利要求1所述的滑模控制策略，其特征在于，所述滑模速度控制器的指數(shù)趨近律的設(shè)計如下:
3.如權(quán)利要求1所述的滑?？刂撇呗?，其特征在于，所述的擴展滑模觀測器以編碼器輸出的尚散位置信息和定子電流在q軸上的分量作為輸入，根據(jù)永磁電機的空間狀態(tài)方程建立擴展滑模觀測器，得到連續(xù)的轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)速和負載轉(zhuǎn)矩，觀測器設(shè)計如下:
【文檔編號】H02P21/14GK103647490SQ201310454054
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】夏長亮, 史婷娜, 馬銀銀 申請人:天津大學(xué)