[发明专利]一种基于滑模观测器的轮毂电机平台速度控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种基于滑模观测器的轮毂电机平台速度控制系统，其特征在于，由速度控制器、电流控制器、逆变器、轮毂电机和传感器五个部件组成，速度控制器收到指令速度，经非奇异终端滑模控制算法后形成控制电流i_q，输入至电流控制器，经PI控制形成控制电压u_q，u_q并同由i_d经电流控制器生成的u_d经Clark和Park变换后形成PWM波形，再由经过逆变器生成三相电流对轮毂电机进行控制，选取旋转变压器作为传感器，检测轮毂电机的位置和速度信息，反馈至速度控制器形成闭环控制。

2.根据权利要求1所述的基于滑模观测器的轮毂电机平台速度控制系统，其特征在于，速度控制器和电流控制器所构成的控制系统部分采用矢量控制，由两个闭环控制部分组成，分别为速度控制环和电流控制环；速度控制环通过非奇异终端滑模算法控制转速，电流控制环通过PI算法控制转速；当电机速度差输入至速度控制器中，可通过非奇异终端滑模算法得出电机控制输入电流i_q′，之后将电机电流差值通过电流控制器中的PI控制算法，可得出轮毂电机的控制电压，电压经过反Park变换后进入SVPWM，再经过逆变器进行功率变换实现轮毂电机的控制，整个控制过程中，电机转速和位置的检测分别由速度、位置传感器测得。

3.根据权利要求1或2所述的基于滑模观测器的轮毂电机平台速度控制系统，其特征在于，在速度控制器中，将转速差值和转速差值的微分导入非奇异终端滑模控制器中，再将滑模观测器观测到的电机转矩补偿值对外界负载进行实时补偿，之后通过非奇异终端滑模控制器得出控制量输入，对轮毂电机进行转速控制。

4.基于权利要求1所述的基于滑模观测器的轮毂电机平台速度控制系统的轮毂电机平台速度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：搭建电机控制系统框图；

步骤2：搭建轮毂电机速度控制器控制框图；

步骤3：设计非奇异终端滑模控制器，定义轮毂电机系统的状态常量：

定义非奇异终端滑模面如下，以提高控制系统的控制

其中s表示终端滑模面；β，p，q是非奇异终端滑模面的控制常数，β＞0，p和q都为正奇数且p＞q。

通过构建数学模型，得出轮毂电机的二阶方程为

其中f(x)＝0,d(t)＝T_L；

取控制器输入量u(t)

其中1＜p/q＜2，η为常数且η＞0，D为常数且|d(t)|≤D，sgn(s)为终端滑模面s的符号函数；经Lyapunov函数验证可以使得轮毂电机速度控制器在有限时间内趋近到0；

步骤4设计滑模观测器对轮毂电机外界负载估计，定义转矩滑模观测器函数如下：

其中分别为ω，T_e，T_L，J的观测器估计值，k和b分别是滑模观测器的滑模增益和反馈增益，s_m为滑模观测器误差，并定义s_m为s_m＝sgn(ω_r-ω)，其中ω_r为电机指令速度，ω为电机输出速度；

令滑模转矩观测器的状态方程可以表示为

其中定义滑模转矩观测器中滑模面s₁为s₁＝e₃＝ω_r-ω；

经化简求解可求得转矩补偿值为通过将求得的转矩补偿值带入非奇异终端滑模控制器中，可进一步提高控制系统的控制精度，提升控制系统的抗干扰能力和鲁棒性；

步骤5：基于Matlab/Simulink对本发明有效性进行验证。