基于擴張狀態(tài)觀測器的永磁同步電機全階滑模變結構位置伺服控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種永磁同步電機全階滑模變結構位置伺服控制方法，特別是系統部 分狀態(tài)和非線性不確定項上界均未知的永磁同步電機系統的全階滑?？刂瓶刂品椒ā?br>【背景技術】
[0002] 在永磁同步電機中，傳統的控制方法中由于控制增益的過高以及符號函數的存 在，導致其存在一定的抖振問題。對于高性能永磁同步電機位置伺服系統中，如何削弱滑模 控制中的抖振現象，是一個亟待解決的關鍵技術難題，影響了電機系統的精確定位和位置 跟蹤性能，嚴重時甚至會對電機系統本身造成損害。為解決滑?？刂浦械亩墩駟栴}，減輕永 磁同步電機中抖振帶來的不良影響，改善系統的工作性能，有必要采用適當的控制方法， 實現電機輸出位置對期望軌跡的快速精確跟蹤。
[0003] 目前，在消除抖振的研宄方面，各種改進的滑?？刂品椒ㄒ驯惶岢?，如用飽和函數 代替符號函數來設計控制器、積分時變滑模控制器和自適應滑?？刂破?。此外，近幾年也提 出了將擾動觀測器和擴張狀態(tài)觀測器與滑?？刂葡嘟Y合，用于永磁同步電機的調速控制和 無抖振滑?？刂品椒?。該控制器是一種全階滑?？刂破?，與傳統的降階滑?？刂破飨啾龋瑑?yōu) 勢在于控制信號是連續(xù)的，能夠有效避免滑?？刂贫墩瘳F象。本發(fā)明針對帶有未知摩擦力 矩和模型不確定項的永磁同步電機位置伺服系統，設計基于擴張狀態(tài)觀測器的永磁同步電 機全階滑模變結構位置伺服控制方法，實現電機輸出位置對期望軌跡的快速精確跟蹤。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了克服帶有未知摩擦力矩和模型不確定項的永磁同步電機位置伺服系統中滑 模控制存在抖振現象的不足，本發(fā)明提供一種基于擴張狀態(tài)觀測器的永磁同步電機全階滑 模變結構位置伺服控制方法，更好地避免滑?？刂贫墩瘳F象。采用擴張狀態(tài)觀測器估計系 統狀態(tài)以及不確定項，并基于估計值設計全階滑?？刂品椒?，抑制滑?？刂浦械亩墩駟栴}， 并實現電機輸出位置對期望軌跡的快速精確跟蹤。
[0005] 為了解決上述技術問題提出的技術方案如下：
[0006] 一種基于擴張狀態(tài)觀測器的永磁同步電機全階滑模變結構位置伺服控制方法，包 括以下步驟：
[0007] 步驟1，建立永磁同步電機系統，初始化系統狀態(tài)以及控制參數；
[0008] 1. 1，在d/q旋轉坐標系下，永磁同步電機電壓方程、轉矩方程和運動方程分別為：
【主權項】
1. 一種基于擴張狀態(tài)觀測器的永磁同步電機全階滑模變結構位置伺服控制方法，其特 征在于：包括以下步驟： 步驟1，建立永磁同步電機系統，初始化系統狀態(tài)以及控制參數； 1. 1，在d/q旋轉坐標系下，永磁同步電機電壓方程、轉矩方程和運動方程分別為：
其中，ud、Uq分別為定子電壓在d、q軸上的分量；i d、iq分別為定子電流在d、q軸上的 分量；R為定子電阻；Ld、Lq分別為定子電感在d、q軸上的分量；p n為極對數；ω為轉子角速 度；J為轉動慣量；B為摩擦系數；Te為電磁轉矩；?\為負載轉矩；Φ f為永磁體基波勵磁磁 鏈； 1.2,由式（1)-(3)，得到永磁同步電機位置環(huán)的二階動態(tài)方程為
其中沘=1.5?111]^/7，(1為未知摩擦力矩和負載力矩組成的擾動，(1 = -(1\+8〇)/7; 1. 3，根據擴張狀態(tài)觀測器的設計思想，狀態(tài)變量Xi, i = 1，2, 3，令X1= θ，X 2= ω， 并定義擴展狀態(tài)X3= a(t)，則式（4)寫為以下等效形式 y = Xi= 9 ' '
其中，《⑴=i/ +&; Κ，ζ為給定q軸電流參考輸入，bQ為b的估計值，A =雄)，u為 控制輸入，《 = (，y為永磁同步電機的實際輸出位置； 步驟2,擴張狀態(tài)觀測器設計； 令Zi，i = 1，2, 3,分別為式（5)中狀態(tài)變量Xi的觀測值，定義觀測誤差為ε i= z i-Xi， 則非線性擴張狀態(tài)觀測器表達式為：
其中，β2, β3均為觀測器增益，β i，β2, f33>〇.fal(·)為原點附近具有線性段 的連續(xù)冪次函數，表達式為：
(8) 其中，S表示線性段的區(qū)間長度，δ > 〇,〇 < a f 1，i = 1，2, 3, sign( ε D為符號 函數，表達式為：
步驟3,基于擴張狀態(tài)觀測器的全階滑?？刂破髟O計； 3. 1，定義跟蹤誤差e為 e = y_yd= X「yd (9) 其中yd為期望軌跡； 則跟蹤誤差e的一階和二階導數分別為 和
3.2,根據式（9)-(11)，設計如下全階滑模面s : s = e + λ2? + JilC (12) 其中，λ廊λ 2為控制參數，λ ^ 〇, λ 2> 〇 ; 將式（9)-(11)代入式（12)得
由式（13)，基于擴張狀態(tài)觀測器的全階滑?？刂破髟O計為
3. 4,設計李雅普諾夫函數： V = O. 5s2 (20) 將式（5)，（12)，（14)-(17)代入到式（20)，如果;><〇,判定系統是穩(wěn)定的。
【專利摘要】一種基于擴張狀態(tài)觀測器的永磁同步電機全階滑模變結構位置伺服控制方法，包括:建立永磁同步電機系統，初始化系統狀態(tài)以及相關控制參數；擴張狀態(tài)觀測器設計；基于擴張狀態(tài)觀測器，設計全階滑?？刂破?，消除滑?？刂浦械亩墩駟栴}，并保證系統狀態(tài)可快速穩(wěn)定收斂至零點。本發(fā)明提出一種全階滑模變結構位置伺服控制方法，能夠改善滑?？刂贫墩駟栴}并提高系統控制精度，確保實現電機輸出位置對期望軌跡的快速精確跟蹤。
【IPC分類】H02P21-00
【公開號】CN104682805
【申請?zhí)枴緾N201510029822
【發(fā)明人】陳強, 翟雙坡
【申請人】浙江工業(yè)大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月21日