[发明专利]永磁无刷直流电机调速系统的连续终端滑模复合控制方法

权利要求书

1.一种永磁无刷直流电机调速系统的连续终端滑模复合控制方法，其特征在于，采用永磁无刷直流电机、速度反馈控制器、滑模观测器I、电流反馈控制器、滑模观测器II、脉宽调制模块、三相逆变器模块、位置传感器模块、转子区间计算模块以及速度计算模块进行复合控制；其中，速度反馈控制器与滑模观测器I并联，电流反馈控制器与滑模观测器II并联，所述速度反馈控制器与电流反馈控制器相连接，所述电流反馈控制器与脉宽调制模块相连接，所述脉宽调制模块与三相逆变器模块相连接，所述三相逆变器模块分别与永磁无刷直流电机、转子区间计算模块相连接，所述三相逆变器模块还给电流反馈控制器提供负反馈，永磁无刷直流电机与位置传感器模块相连接，所述位置传感器模块与转子区间计算模块相连接，所述转子区间计算模块与速度计算模块相连接，所述速度计算模块为速度反馈控制器提供负反馈，其中，永磁无刷直流电机用于接收三相逆变器的输出信号开始运行，然后反馈信号给位置传感器，速度反馈控制器的输入端为速度参考值w_r与得到的电机实际速度w的差值，经过速度控制器模块后，用于得到电流控制器模块输入端的参考电流i_r，滑模观测器I用于得到干扰d₁(t)的估计，然后通过速度反馈控制器进行前馈补偿，电流反馈控制器用于将得到的参考电流i_r与得到的实际电流i的差值，输入电流控制器模块后，得到脉宽调制模块的输入电压u，滑模观测器II用于得到干扰d₂(t)的估计，然后通过电流反馈控制器进行前馈补偿，脉宽调制模块用于电压u经过脉宽调制模块，依据调制原则输出所需的脉冲宽度调制电压，传输到三相逆变器的输入端，在转子区间计算模块的换相控制下，驱动永磁无刷直流电机运行，三相逆变器模块用于将接收到直流电转换为交流电，位置传感器模块用于检测安装于永磁无刷直流电机上的位置传感器信号，转子区间计算模块用于得到电机转子位置所在区间，并对三相逆变器模块实施换相控制，速度计算模块用于接收位置传感器信号经过转子区间计算模块计算出的数值，经过计算得到电机实际速度ω；

所述永磁无刷直流电机的数学模型为：

其中，为转矩系数；K_e＝n_pψ_f也为转矩系数；n_p为磁极对数，ψ_f为转子磁链；w，i，u分别为电机的实际转速，定子电流和定子电压；L为定子电感；R为定子电阻；B为粘滞摩擦系数；J为转动惯量；T_L为负载转矩；和分别表示电机的转速的一阶导数和定子电流的一阶导数；

为了便于对永磁无刷直流电机设计控制器，将数学模型简化成以下形式，即：

其中，a＝K_t/J，b＝1/L，

所述速度反馈控制器和滑模观测器I构成抗干扰速度控制器，抗干扰速度控制器设计如下：

令w_r为参考速度信号，则速度跟踪误差e₁定义为：

e₁＝w_r-w

对e₁求导，则有：

设计终端滑模面为：

其中，0＜α₁＜1，α₁表示终端滑模面s₁的参数，则基于终端滑模的速度控制器设计如下：

其中，a＝K_t/J，c₁＞0，k₁＞0，表示w导数，τ表示微分算子，d₁(t)表示速度复合控制器的集总扰动，包括摩擦、外部负载扰动和输出参考电流的跟踪误差，i_r为速度控制器的输出，z₁₂为干扰d₁(t)的估计；

所述滑模观测器I的模型如下：

其中，z₁₁是对w的估计，z₁₂是对扰动d₁(t)的估计，λ₀₁和λ₁₁为滑模观测器I的系数，sgn表示符号函数，λ₀₁＝1.1L₁，L₁＞0。