[发明专利]一种圆筒容错永磁直线电机系统的新型滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种不匹配受扰圆筒容错永磁直线电机系统的新型滑模控制方法，五相圆筒容错永磁直线电机的结构特性分析；建立基于不匹配干扰d₁(t)和匹配干扰d₂(t)的五相圆筒容错永磁直线电机二阶数学模型；设计系统新型滑模面σ，求得滑模面σ的导数求出基于不匹配干扰观测器的新型滑模控制律将所得的滑模控制律和由PI电流调节器输出的d轴电压给定值x轴电压给定值以及y轴电压给定值经电压源逆变器，采用CPWM调制方法实现不匹配受扰圆筒容错永磁直线电机系统的高控制性能运行。采用本发明的新型SMC策略能使电机速度快速跟随且无超调、无稳态误差，同时该策略有效抑制了滑模抖振，对系统不匹配干扰具有很强的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机滑模控制方法，特别是不匹配受扰圆筒容错永磁直线电机系统的滑模控制方法。适用于航空航天、舰船推进、电动汽车等对电机的可靠性和动态性能有较高要求的场合。

背景技术

随着社会的发展以及人们生活水平的提高，对汽车驾乘的舒适性和安全稳定性要求越来越高。作为现代汽车的重要组成部分，悬架系统性能对汽车行驶平顺性和操作稳定性等有着极其重要的影响，因此主动悬架系统的研究受到业内高度重视。作为主动电磁悬架系统的核心部件，圆筒直线电机研究受到重视。电机参数摄动和外部不确定性扰动严重影响电机系统性能，从而决定着电磁悬架的可靠性和动态性能。

目前，永磁同步电机矢量控制系统通常采用速度外环和电流内环的双闭环控制系统，且控制器均采用传统的PI控制器。尽管PI控制器具有算法简单，可靠性高以及参数整定方便等优点，但是，由于受到电机参数变化或外界不确定因素的影响，常规PI控制器不能得到满意的调速性能，同时系统的鲁棒性也不够理想。因此一些现代控制理论被成功地应用于永磁同步电机控制系统中，如神经网络控制，滑模控制(SMC)，模糊控制，自适应控制等。其中，SMC以其自身概念的简单性和对系统干扰极强的鲁棒性而成为研究的热点。然而，现有的大多数SMC策略都是在干扰匹配的条件下提出的。传统SMC策略对满足匹配条件的干扰(即干扰作为输入的一部分参与控制策略)具有强的鲁棒性，但当干扰不满足匹配条件(即系统的控制信号与系统干扰分别作用在不同的通道)时，系统的鲁棒性就不再存在，系统状态不能实现跟随。Riccati方法和线性矩阵不等式解方法仅能消除具有H₂范数收敛条件的不匹配干扰，对于其他类型的不匹配干扰并不起作用。积分SMC策略虽然能够消除不匹配干扰的影响，却存在超调大、系统响应时间长以及抖振大的问题。

发明内容

针对现有电机滑模控制技术的不足，根据圆筒容错永磁直线电机的特性和现有技术中存在的问题，本发明目的是克服电磁悬架用五相圆筒容错永磁直线电机系统存在不匹配干扰严重降低电机性能这一问题，提出一种用于本发明的不匹配受扰圆筒容错永磁直线电机系统的新型SMC方法，实现了电机速度快速跟随且无超调、无稳态误差，实现了滑模抖振的有效抑制，对系统不匹配干扰具有很强的鲁棒性，新型滑模控制器只有一个调节器，避免了速度环和电流环之间的耦合，且参数少，参数整定简单易行，进而提高本发明的不匹配受扰圆筒容错永磁直线电机系统的动态性能和可靠性。

本发明用于不匹配受扰圆筒容错永磁直线电机系统的新型SMC方法采用如下技术方案：

一种不匹配受扰圆筒容错永磁直线电机系统的新型滑模控制方法，包括以下步骤：

步骤1，五相圆筒容错永磁直线电机的结构特性分析；

步骤2，建立基于不匹配干扰d₁(t)和匹配干扰d₂(t)的五相圆筒容错永磁直线电机二阶数学模型；

步骤3，根据步骤2定义的系统状态变量x₁、x₂和不匹配干扰d₁(t)，设计不匹配干扰观测器观测电机系统的不匹配干扰d₁(t)；