[发明专利]一种基于超扭曲滑膜变结构算法的永磁同步电机控制系统及其工作方法

说明书

本发明涉及一种基于超扭曲滑膜变结构算法的永磁同步电机控制系统及其工作方法，包括第一比较单元、第一超扭曲滑膜控制模块、park逆变换模块、SVPWM模块、逆变器模块、第二超扭曲滑膜控制模块、第二比较单元、速度调节器、第三比较单元、3/2变换模块、磁链转矩估计单元、永磁同步电机模块、速度计算单元；本发明引入饱和函数sat(s,δ)，不仅能保证切换函数的开关特性，同时还能减小抖振和系统的不连续。本发明通过调节第一超扭曲滑膜控制模块、第二超扭曲滑膜控制模块的参数，使幂次函数工作在线性区域，从根本上避免了切换开关的工作，从而消除了滑模控制的趋近运动带来的抖振，使系统具有全局鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种基于超扭曲滑膜变结构算法的永磁同步电机控制系统及其工作方法，属于电机控制技术领域。

背景技术

永磁同步电动机(PMSM)具有效率高、功率密度大、动态响应快、鲁棒性强、结构简单等优点，在电动汽车控制中被广泛应用。然而，永磁同步电动机是一个多变量非线性的被控对象，其转速和定子电流之间存在耦合，加之负载的变化等外部扰动的影响，使高性能电动机的控制成为难题。

直接转矩控制(DTC)是继矢量控制之后出现的一种交流电动机调速控制方案，直接转矩控制与矢量控制不同，它是直接将定子磁链和转矩作为控制变量，无需进行磁场定向、矢量变换和电流控制，具有结构简单、动态响应好等优点。但DTC控制存在转矩和磁链脉动较大，损耗增加等问题。

空间矢量脉宽调制(SVPWM)具有开关损耗小、直流电压利用率高等优点，对转矩和磁链的控制更准确，在一定程度上解决了因电压矢量有限导致的脉动问题。

滑模变结构控制因其鲁棒性强、响应迅速以及对外界扰动不敏感而备受关注，针对传统直接转矩控制效果的不足，基于超螺旋滑模变结构控制策略，设计磁链控制器和转矩控制器取代传统滞环比较器，搭建模型，对PMSM控制进行研究。

在永磁同步电机的传统DTC中，滞环控制器分别对转矩和磁链复制进行控制，但是会导致存在较大的磁链和转矩脉动，逆变器开关频率不稳定等问题。国内外学者对其改进进行了大量的研究，因滑模变结构的非线性特点而广受关注，但是传统的滑模变结构采用的是符号函数，这样切换开关的工作，使滑模趋近运动带来了严重的抖振。

中国专利文献CN106487301A公开了一种基于滑膜观测器的死区补偿控制方法，该方法首先基于永磁同步电机，采用滑模观测器，对旋转坐标系下的参考电压、旋转坐标系下的实际电流和定子反电动势进行实时在线观测；然后滑膜观测器通过观测到的值估计出旋转坐标系下的扰动电压；最后将所述估计出的扰动电压反馈到参考电压，进行死区补偿。该专利虽然改善了电流波形，提高系统低速低频性能，但是反电势经过一阶低通滤波器会引起转子位置的相位滞后，这样造成估算出的转子位置和速度信息不准确。

中国专利文献CN202103620U公开了一种基于永磁同步电机矢量控制系统的复合控制系统，所提出的基于永磁同步电机矢量控制系统的复合控制系统在速度环的控制中所采用的复合控制调节模块兼备分数阶PIλDμ控制和滑膜变结构控制各自的优点，扬长避短，同时分数阶PIλDμ控制相对于传统PID控制对其控制范围得以拓宽，更灵活匹配滑膜变结构实现对永磁同步电机的复合控制。该专利虽然能够提高永磁同步电机的鲁棒性、稳定性，但是id＝0控制算法控制结构简单、易于实现、转矩的控制特性好，但其缺陷在于当转矩过大时，漏感及压降都会随之增加，导致功率因数降低，且在缺乏直轴电流分量的情况下，造成电机调速范围有很大局限性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于超扭曲滑膜变结构算法的永磁同步电机控制系统；

本发明还提供了上述基于超扭曲滑膜变结构算法的永磁同步电机控制系统的工作方法；