[发明专利]基于混合趋近律的永磁同步电机MRAS控制方法

说明书

本发明涉及一种基于混合趋近律的永磁同步电机MRAS控制方法,该方法如下：本发明速度控制器由一种基于混合趋近律(Hybrid Reaching Law,HRL)的新型滑模控制器(Novel Sliding Mode Control，NSMC)代替传统的PI控制器，该混合趋近律由终端趋近律和指数比例趋近律两部分组成。与传统的恒速比例趋近律(Constant plus Proportional Rate Reaching Law，CPRL)相比，它能有效地抑制抖振，缩短趋近时间。观测器部分采用MRAS观测器代替传统的滑模观测器，基于MRAS的速度估计算法简单，计算量小，是一种有效的速度估计方法。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及基于混合趋近律的永磁同步电机MRAS控制方法。

背景技术

永磁同步电机(PMSM,Permanent Magnet Synchronous Motor)由于具有高转矩比、高效率以及高功率密度等特点，已被广泛应用于高性能调速系统中作为常用的交流电机，具有一般无刷电机结构简单、体积小、重量轻、寿命长等优点，同时也具有效率高、运行可靠、调速性能好等优良特性，有利于电机系统向小型轻量化、高性能、高效节能方向发展，由于具有高转矩比、高效率以及高功率密度等优点，已被广泛应用于高性能调速系统中。

控制器对电机参数的变化十分敏感。传统的比例积分(PI,ProportionalIntegral)控制等线性控制方法难以提供令人满意的控制性能。尽管PI调节器与预测控制系统相比具有自动补偿建模误差的能力，但是PI控制方法需要系统精确的数学模型，而PMSM是一个多变量、强耦合、变参数、非线性的复杂的系统，对实际系统中存在的参数摄动和负载扰动等十分敏感，进而难以获得较精确的数学模型。当系统参数变化时，传统的PI控制方法不能在满足高性能控制的前提下有效控制PMSM。

为了提高系统的鲁棒性，人们研究了非线性控制方法，如鲁棒控制、自适应控制、预测控制、状态反馈控制、和滑模控制。在这些非线性控制方案中，滑模控制策略受到了广泛的关注。滑模控制是一种变结构控制策略，它采用切换控制律来改变驱动系统的动态特性。对参数变化不敏感，动态响应快。在这些滑模控制策略中，趋近律方法与趋近过程直接相关，通过合理设计趋近律，可以有效地抑制抖振，保持控制器的高跟踪性能。然而，控制器设计的复杂性给其在动态系统中的应用带来了挑战。为了获得控制系统的扰动观测，提出了基于观测器的方法，但是仍旧存在抖振的问题。

发明内容

本发明提供一种基于混合趋近律的永磁同步电机MRAS控制方法，将滑模控制、混合趋近律与模型参考自适应系统相结合，解决现有控制方法存在抖振以及鲁棒性不高的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于混合趋近律的永磁同步电机MRAS控制方法,包括以下步骤：

步骤1：将基于混合趋近律的滑模控制器接入到永磁同步电机调速系统上，代替速度环的PI控制器；

步骤2：将MRAS观测器模块同样接入到永磁同步电机调速系统上，代替机械编码器；

步骤3：采集永磁同步电机三相电流ia、ib、ic，经过clark变换得到α-β轴电流iα、iβ，再经park变换，得到d-q轴电流id、iq；

步骤4：将id、iq电流分别输入到电流环的PI控制器中，再将PI控制器输出的d-q轴电压ud、uq输入到MRAS观测器模块中；

步骤5：采用MRAS算法，对永磁同步电机进行电机转速和转子位置估计，从而实现永磁同步电机的控制；

步骤6：将估计得到的电机转速和速度给定值作差之后输入转速环基于混合趋近律的滑模控制器中，得到q轴电流参考值iq^*。

步骤7：将d-q轴的电压ud、uq输入到PARK逆变换模块中，变换得到两相静止坐标系下电压参考值uα和uβ；