[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

说明书

本发明公开了一种磁齿轮复合电机的互补滑模切换控制转速检测方法，该方法主要包括互补滑模切换控制器、磁齿轮复合电机和电压源逆变器、PI控制器位移、编码器组成，通过实际转速和估计转速的误差输入给互补滑模切换控制得到控制量，将得到的控制量通过PI控制器处理后产生控制电流，并将控制电流和输入电压通过电压源逆变器驱动磁齿轮复合电机，再将磁齿轮复合电机输出信号传递给编码器转换得到旋转角速度信号，求导后得到估计转速，重复以上操作，所设计的互补滑模切换控制包含等效控制力和切换控制力，该架构具有在线调整参数能力，对于磁齿轮复合电机驱动系统有着较好的抑制干扰能力，并且能有效提高驱动系统的动态特性。

技术领域

本发明涉及电力传动控制设备领域，具体为一种磁齿轮复合电机的互补滑模切换控制转速检测方法。

背景技术

磁齿轮复合电机与机械齿轮相比具有低噪音、高效率、便于维护、高可靠性以及过载保护等优势。磁齿轮在高力密度驱动装置等电力传动领域，具有广泛的应用，特别适用于无需润滑、无噪声、无摩擦能耗、无油污、防水防尘场合。磁齿轮本质上是一个开环不稳定的非线性系统，因此需要设计闭环控制系统对其进行调节。线性控制理论广泛应用在磁齿轮控制系统中，常用的线性化方法是在磁齿轮的平衡点附近对系统的数学模型表达式进行泰勒展开并略去二阶以上无穷小量，从而进行控制系统设计。速度信息是数学模型中重要参数，因此速度信息的准确性以及实时性直接关系到磁齿轮的稳定性能。线性控制控制理论虽然比较成熟，但与非线性控制方法相比，使得磁齿轮的速度检测精度和实时性较差，本发明提出一种将互补滑模切换控制的非线性控制方法应用于磁齿轮中可以有效提高速度检测精度和实时性。

互补滑模切换控制由等效控制力和切换控制力控制器组成。互补滑模切换控制与滑模控制方法相比，转速控制器架构具有在线学习和非线性趋近的能力，可有效提升系统的转速动态响应，并且使系统性能对负载扰动具有鲁棒性。经检索国内外相关专利和文献，尚无互补滑模切换控制应用于磁齿轮复合电机的转速控制方法和装置。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种磁齿轮复合电机的互补滑模切换控制转速检测方法，在该区域内的设备，采用互补滑模切换控制代替滑模控制器，其精度更高，对于磁齿轮复合电机这样非线性特性比较突出的控制对象，可以明显看出互补滑模切换控制的优势，能够有效实现磁齿轮复合电机的速度稳定控制，并对外界干扰具有较强的鲁棒性等。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：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)