[发明专利]一种初级永磁型直线电机开绕组等效滑模控制方法

说明书

本发明涉及一种初级永磁型直线电机开绕组改进等效滑模控制方法，包括计算给定速度v*与电机实际速度v的速度差△v；计算参考位移s*与电机初级位移s的位移差△s，并将△v、△s输入滑块控制器，根据三相定子电流i_a、i_b、i_c，得到电机实际解耦后电流i_q和i_d，经过重定义的滑模控制律运算产生给定参考q轴电流给定参考d轴电流计算电机实际解耦后电流i_q与给定参考q轴电流的电流差Δi_q，电机实际解耦后电流i_d与给定参考d轴电流的电流差Δi_d和Δi_d，Δi_q和Δi_d经过电流环PI调节器产生给定参考电压u_d、u_q；再经过坐标变换送给SVPWM模块，产生PWM波形给逆变器，控制逆变器的输出电压，本发明对电机的速度和推力实现更稳定、更准确地控制。

技术领域

本发明涉及初级永磁型直线电机控制技术，具体是一种用于初级永磁型直线电机的等效滑模控制方法，适用于城市轨道交通等直线电机控制领域。

背景技术

我国经济的快速增长，城市规模与人口的剧增，出现了人堵、车堵的现象，交通出行问题成了人民生活矛盾的一个重要部分。轨道交通已经成为人们出行的一种便捷方式，作为城市轨道交通工具的核心部件，车用牵引电机是保证机车安全可靠运行的关键技术。就技术层面而言，较成熟牵引动力系统采用旋转电机驱动，而直线电机驱动是近几年兴起的一个技术，由于直线电机独特的构造，无需中间变换设备，就能把电能直接转换为直线运动的动能，和旋转电机驱动系统相比，结构和驱动装置简单，具有能量转换效率高、动力大等显著优势，从而车辆可以获得更强的牵引与制动性能，提高车辆的运行平稳性。

而初级永磁型直线电机(Primary Permanent Magnet Linear，PPML)是一种新型的特种电机，有其独特的性能，初级上开槽放集中电枢绕组和永磁体，次级由导磁材料组成，有效降低了设备成本。该电机利用结构上的游标效应，产生较大的推力，在一些需要大推力的场合得到研究和应用，如船舶推进、轨道交通等领域。常规的PPML电机有矢量控制、直接转矩控制。由于PPML电机系统本身是一个复杂的非线性机电系统，加上外界干扰的多变性，传统的PI控制性能不太理想。传统控制中，速度环节多采用PI控制器来调节，结构简单，控制器的输出为电机参考推力和速度给定值。但由于受逆变器的容量和电机最大输出推力有限的限制，控制器的输出受到限幅，控制效果不理想。在现代控制技术中，智能控制技术逐渐被采用，滑模变结构控制由于不需要精确的被控对象数学模型，对外界不确定因素有较强的抗干扰能力，鲁棒性较好，经常被采用。近年来，作为一种新型电机控制系统，开绕组结构被人们所重视，也就是改变原来的单逆变器结构，打开绕组中性点，在电机另一端串接一个逆变器，形成双逆变器结构，提供给电机系统更多的电平，从而提高输出功率。

相对于普通的直接转矩控制、PI控制，滑模控制算法较为复杂，对控制器有较高的要求，同时，开绕组PPML电机系统采用了双逆变器结构，是一种较为新颖的电机拓扑结构，提供了更多的电平矢量，因而计算量大，造成滑模控制方法在此类电机的应用受到限制。

本发明在分析开绕组PPML电机系统的基础上，针对传统双闭环系统中速度环PI控制的不足，把等效滑模控制方法应用到开绕组电机系统中，增加补偿控制量，改进等效滑模控制律，该发明方法能有效提高PPML电机系统的控制性能。

发明内容

本发明提供了一种初级永磁型直线电机开绕组等效滑模控制方法，用以解决直线永磁电机系统中采用传统速度环PI控制中存在的速度响应慢和推力脉动大的问题。

本发明提供了一种初级永磁型直线电机开绕组等效滑模控制方法，包括如下步骤：