[实用新型]基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制装置，属于交流伺服电机控制技术领域。

背景技术

永磁同步电机具有结构紧凑、功率密度高、能量转换效率高、调速范围广、重量轻等优点，在工业、民用、军事等领域得到广泛的应用。

由于永磁同步电机是一个典型的非线性、多变量耦合系统，且其性能受到外部负载扰动、内部参数变化、对象未建模和非线性动态特性等不确定性的影响。为了获得良好的动态响应，一些鲁棒控制策略如非线性控制、自适应控制、H_∞控制、滑模控制等相继被引入到交流伺服系统的研究中。其中滑模控制以其鲁棒性强、响应快速、物理实现简单等优点而得到研究人员的重视。

滑模控制作为一种变结构控制方法，当系统相轨迹在所设计的滑模面上运动时，对系统参数的不确定项以及外界干扰有着很强的鲁棒性。从20世纪90年代中期开始，先后有研究将滑模变结构控制应用到交流伺服系统的控制中。为了进一步解决传统滑模控制中存在的稳态误差问题，可以在滑模面的设计中引入积分项。滑模面中加入积分项可以让系统稳态误差减少、有效削弱抖振的效果、增强控制模块的稳定性。

但是现有技术所设计的积分滑模面S是基于速度误差的整数阶积分，因此得到的积分滑模控制模块也是整数阶的，在大的初始误差或执行模块饱和时，会导致积分饱和效应以及暂态性能下降等问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够在永磁同步电机控制系统存在参数摄动、负载扰动情况下，实现对电机的高性能速度跟随控制，并克服现有积分滑模控制中由于大的初始误差或执行模块饱和所导致的积分饱和效应以及暂态性能下降的基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制装置。

本实用新型采用如下技术方案解决上述技术问题：本实用新型设计了一种基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制装置，包括电流采集模块、位置传感模块、Clark变换模块、PARK变换模块、第一比较模块、q轴电流调节模块、第二比较模块、d轴电流调节模块、第三比较模块、PARK逆变换模块、空间矢量脉宽调制模块、分数阶积分滑模速度控制模块、三相逆变器和永磁同步电机，其中：

所述三相逆变器的三路输出端分别连接永磁同步电机的三相电压输入端和电流采集模块的电流输入端，所述电流采集模块的电流输出端与Clark变换模块的电流输入端连接，所述Clark变换模块电流输出端连接PARK变换模块的电流输入端；

所述永磁同步电机与位置传感模块的输入端连接，所述位置传感模块的输出端分别与第一比较模块的输入端、PARK变换模块的转子角度输入端和PARK逆变换模块的转子角度输入端连接；

所述第一比较模块的输出端与分数阶积分滑模速度控制模块的误差输入端连接，所述分数阶积分滑模速度控制模块的电流给定值输出端与第二比较模块的实际电流输入端连接，所述第二比较模块的差值输出端与q轴电流调节模块的误差输入端连接，所述q轴电流调节模块的q轴电压输出端与PARK逆变换模块的q轴电压输入端连接，所述第三比较模块差值输出端与d轴电流调节模块的误差输入端连接，所述d轴电流调节模块的d轴电压输出端与PARK逆变换模块的d轴电压输入端连接；

所述PARK逆变换模块的电压输出端与空间矢量脉宽调制模块的电压输入端连接，所述PARK变换模块的电流输出端分别与第二比较模块的实际电流输入端和第三比较模块的实际电流输入端连接。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1.本实用新型中所提出的基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制装置，可以克服现有技术中，由于大的初始误差或执行模块饱和所导致的积分饱和效应以及暂态性能下降；

2.本实用新型中所提出的基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制装置，当系统存在负载扰动和参数摄动时，具有更好的动态性能和抗扰动能力，以及更精确的速度跟随精度。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明中分数阶积分滑模控制模块与传统积分滑模控制模块、PI控制模块的斜坡响应比较图；

图3为图2中a部分的局部放大图；

图4是本发明中分数阶积分滑模控制模块与传统积分滑模控制模块的正弦响应比较图；

图5是图4中b部分的局部放大图；

图6是本发明中分数阶积分滑模控制模块与传统积分滑模控制模块的正弦跟踪误差图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明：