[发明专利]基于输出回授滑模控制和抗饱和PI的永磁电机控制方法

权利要求书

1.一种基于输出回授滑模控制和抗饱和PI的永磁电机控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采集永磁电机中的转子实时位置θ，通过进行θ对时间求导计算，得到电机当前转速ω；

步骤2：采集永磁电机三相电流值i_a、i_b、i_c，根据Clarke变换，分别得到三相电压和电流在两相静止坐标系下的电流分量i_α、i_β；其中，i_a表示电流矢量在三相坐标系a轴的分量，i_b表示电流矢量在三相坐标系b轴的分量，i_c表示电流矢量在三相坐标系c轴的分量，i_α表示电流矢量在α轴的分量，i_β表示电流矢量在β轴的分量；

步骤3：对步骤2得到的两相静止坐标系下的电流分量i_α、i_β进行Park变换，得到两相旋转坐标系下的电流分量i_d、i_q；其中，i_d表示d轴电流分量，i_q表示q轴电流分量；

步骤4：根据永磁电机运动方程，令d轴电流参考值i_d^*＝0，转速误差和转速误差变化率作为两个状态变量，经过输出回授型滑模控制器运算，状态变量运动轨迹最终收敛至坐标原点；

步骤5：采用积分箝位方法对带限幅环节的电流控制环进行抗饱和处理，提升电流环动态响应速度；

步骤6：对电流环输出的状态变量进行Park反变换，得到两相静止坐标系下的电流分量，电流分量通过空间矢量脉宽调制，得到预期电压，从而令永磁电机转速达到预设值。

2.如权利要求1所述的一种基于输出回授滑模控制和抗饱和PI的永磁电机控制方法，其特征在于：步骤4中所述的输出回授型滑模控制器的具体实现过程如下：

假设永磁电机为表贴式，则L_d＝L_q，L_d表示其d轴电感，L_q表示其q轴电感，根据电磁转矩公式建立永磁电机d-q两相旋转坐标系下的转矩方程如下：

其中，T_e表示电机的电磁转矩，T_L表示负载转矩，p表示极对数，ψ表示电机永磁体磁链，i_q表示q轴电流分量，J表示转子转动惯量，ω表示转子机械转速，dω/dt表示转速变化率；

选取状态变量x₁和x₂，得到如下状态方程：

其中，ω_d表示转速给定值，表示ω_d微分，表示转速的微分，将转矩方程代入上述状态方程中，得到状态方程如下：

其中，表示变量x₂的一阶微分，表示x₁的二阶微分，表示机械转速二阶微分，表示转速给定的二阶微分，表示q轴电流分量一阶微分，y表示系统输出，C为系统输出矩阵，通常取C＝[1 0]；x＝[x₁ x₂]^T；

令偏差e＝y-y_d，设定滑模面为其中，y_d是输出给定值，e^(m)是e的m阶导数，m是控制对象传递函数的相对阶，被积函数v是e的各阶导数的线性组合，其形式为：

通过极点配置法选取一组系数{β₀,β₁,…,β_m}，使得状态变量运动轨迹将最终沿滑模面收敛至坐标原点，则电机机械实际转速和给定转速的误差，以及机械转速变化率最终都为0。

3.如权利要求1或2所述的一种基于输出回授滑模控制和抗饱和PI的永磁电机控制方法，其特征在于：步骤5中，将控制器输出与限幅器输出通过比较器比对，当二者不相等时，说明输出进入饱和阶段，此时比较器输出为1；对控制器输出量的符号和误差符号进行比对，如果控制器输出量和误差同为负，说明控制器进入积分饱和状态，比较器输出为1；将两个比较器的输出做与运算，作为积分器工作状态的切换开关信号，当两个比较器输出都为1时，开关信号为1，此时积分器输入切换为0，停止积分；当不满足上述情况时，积分器将正常工作。