[发明专利]基于趋近律和扰动观测补偿的永磁同步电机滑模控制方法

说明书

本发明提供了一种基于趋近律和扰动观测补偿的永磁同步电机滑模控制方法，设计了一种新的趋近律算法，并将其应用到滑模变结构中的速度控制器设计中；同时将饱和函数用于扰动观测器控制律中改进扰动观测器，将扰动观测器观测到的值补偿到所述速度控制器中，形成一种新的控制策略。将新的控制方法应用到永磁同步电机的矢量控制系统，采用电流‑速度双闭环控制结构，针对滑模控制中的抖振以及抗干扰性问题，在常规滑模速度控制器的基础上加入积分滑模面以及新型趋近律，同时加入了扰动观测器，有效抑制了负载变化带来的扰动，提高了系统的响应性，减小了系统的抖振，显著提高了系统在复杂环境下的抗干扰性能及鲁棒性。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种将新的趋近律算法应用到滑模变结构中的速度控制器设计中，同时将扰动观测器观测到的值补偿到速度控制器中的永磁同步电机滑模变结构控制方法。

背景技术

永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高和运行可靠等诸多优点，但强耦合、多变量、非线性的特点为在复杂环境下满足高可靠性以及高性能的控制要求增加了困难，因此需要解决参数摄动、外部扰动等不确定性因素所带来的诸多问题。目前在工业领域中，PI控制策略最为广泛，其实现方式简单，不需要被控对象的精确数学模型，但是对系统参数变化以及外部扰动都十分敏感，例如当系统的环境条件，比如温度、负载变化时，PI的控制效果会变得很差。针对此类问题，工业上急需研究出能适应减小系统抖振，适应参数变化，抗扰动能力强的控制方法。为此国内外人员提出自适应控制、模糊控制、滑模控制、神经网络控制等方法。

其中滑模控制凭借其抗干扰能力强，鲁棒性好等特点，被广泛应用于永磁同步电机的速度控制上。但是，在滑模控制系统中不可避免会出现抖振现象，如何抑制抖振则成为研究的关键。针对抖振问题，边界层法、模糊神经滑模控制、高阶滑模控制、趋近律等方法广泛被国内外人员研究。抖振问题产生的本质原因是系统轨迹对滑模面趋近结果的不理想而导致的，而趋近律方法是直接与趋近过程相关的，因此选取趋近律方法来抑制系统抖振是解决问题的关键。另外在复杂环境下中，扰动也是导致抖振影响其控制性能的关键因素，其中内部参数摄动与外部负载扰动显得尤为突出，也会导致抖振的发生。若不采用合理的系统控制策略对扰动进行有效抑制，其不但会影响系统的工作性能，严重情况下甚至会导致整个系统的不稳定。因此，对于工作在复杂环境下的永磁同步电机，满足其高性能控制要求的策略成为了领域内需要解决的另一个关键问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何减小滑模控制中的抖振，增加永磁同步电机在复杂环境下的抗干扰性。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种基于新型趋近律和扰动观测补偿的永磁同步电机滑模控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：对永磁同步电机的方程进行坐标变换，建立永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型：

其中：

u_d、u_q—d、q轴电枢电压，V；

R_s—电枢绕组电阻，Ω；

i_d、i_q—d、q轴电枢电流，A；

L_d、L_q—d、q轴绕组自感，H；

ω—永磁同步电机转子电角速度，rad/s；

ψ_f—永磁同步电机转子磁链，Wb；

永磁同步电机在dq坐标系下的转矩方程为：

T_e＝1.5pψ_fi_q＝k_ti_q