[发明专利]一种磁齿轮复合电机的互补滑模切换控制转速检测方法

权利要求书

1.一种磁齿轮复合电机的互补滑模切换控制转速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

磁齿轮复合电机内转子和外转子的运动方程为：

(1)

(2)

式(1)中，T_L为负载转矩、J_m为转动惯量，B_m为黏滞摩擦系数，T₁、T₂和T₃分别为内层气隙单元计算出的电磁转矩、中间层气隙单元计算出的电磁转矩和外层气隙计算出的电磁转矩，J₁为内转子的转动惯量，J₃为外转子和负载的转动惯量，T_L为负载转矩，R₁为内转子的运动阻尼系数，R₃为外转子和负载的运动阻尼系数，ω₁和ω₃分别为内转子和外转子的估计速度；

(3)

K_e为电磁转矩系数，为转矩电流；

将式(3)代入式(2)可得，

(4)

式(4)中，A_s＝A_s2K_e；当磁齿轮复合电机驱动系统受到不确定干扰时，则式(4)可以改为：

(5)

式(5)中，ΔA，ΔB和ΔC均为驱动系统所引起的不确定量，

H为不确定干扰和；

定义外转子转速误差为e，

(6)

式(6)中，为外转子实际转速命令。目标是外转子估计转速ω₃能紧紧跟随实际转速指令；

定义第一个滑动面S为

(7)

式(7)中，λ为设计的正常数；

(8)

在互补滑模切换控制转速检测方法中，需要设计第二个滑动面S_C，称为互补滑模面，定义为：

(9) S_C＝e-λ²∫edt

由于第一个滑动面S和第二个滑动面S_C设计参数λ相同，因此第一个滑动面S和第二个滑动面S_C存在如下关系：

(10)

等效控制力i_eq和切换控制力i_swi分别为：

(11)

(12)

(13)

Sat()为饱和函数，φ为边界层宽度，ρ为饱和系数；

定义互补滑模切换控制的李雅普诺夫函数V_com：

(14)

则李雅普诺夫函数V_com的一次微分为：

(15)

将式(10)-(13)代入(14)，得

(16)

由式(16)可知，采用互补滑模切换控制可以保证磁齿轮复合电机转速误差收敛到零。

2.根据权利要求1所述的一种磁齿轮复合电机的互补滑模切换控制转速检测方法，其特征在于：该操作方法具体包括以下步骤：

步骤S1：实际转速与估计转速ω₃之间的误差为e，将该误差e输入给互补滑模切换控制求到控制量u_t；

步骤S2：将得到的控制量u_t通过PI控制器处理后产生控制电流I_A、控制电流I_B与控制电流I_C，并将产生控制电流I_A、控制电流I_B与控制电流I_C和输入电压U_dc通过电压源逆变器驱动磁齿轮复合电机，磁齿轮复合电机与编码器电性连接，在磁齿轮复合电机驱动的过程中产生输出信号，输出信号传递到编码器进行转换得到旋转角速度信号θ_r；

步骤S3：旋转角速度信号θ_r通过进行求导得到估计转速再次将实际转速和估计转速ω₃之间的误差e输入给互补滑模切换控制，求到控制量u_t；

步骤S4：重复以上操作，对磁齿轮复合电机进行速度控制。

3.根据权利要求1或2所述的一种磁齿轮复合电机的互补滑模切换控制转速检测方法，其特征在于：所述互补滑模切换控制的控制器具有良好的非线性本质特性。