[发明专利]一种永磁电机的滑模控制策略

说明书

技术领域

本发明属于永磁电机技术领域，涉及一种电机滑模控制策略。 

背景技术

由于永磁同步电机是一个多变量、强耦合的非线性系统，传统线性控制如PI控制的性能易受系统不确定性、外部扰动等影响，会降低系统运行的可靠性和动静态性能。滑模变结构控制具有对不确定性扰动鲁棒性强、动态响应快等优点，在外部扰动和参数变化时仍能获得良好的跟踪性能，且具有较快的动态响应速度，被成功应用于永磁同步电机交流伺服系统中。 

由于滑模控制中存在不连续的开关控制，抖振成为滑模变结构系统的固有特性，会降低系统的控制性能，如何削弱抖振并保证系统的鲁棒性具有重要的研究意义。目前，文献中削弱抖振的方法主要有四类：选取新的开关函数，该方法一般采用饱和函数或sigmoid函数来代替传统的开关函数，这种方法在削弱抖振的同时也一定程度上牺牲了系统的鲁棒性；采用高阶滑模控制器，该方法将不连续控制量作用在滑模变量的高阶微分上，采用超螺旋算法设计高阶滑模控制器，能有效抑制抖振现象但增加了算法的复杂度；采用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型，将滑模变结构控制与T-S模型相结合，该方法不仅保留了滑模控制的优点还可削弱抖振，可实现鲁棒速度跟踪和抖振削弱控制但需要复杂的稳定性分析；应用趋近律法，采用连续的指数趋近律构建滑模速度控制器，已有的趋近律设计方法在一定程度上削弱了抖振。但是，上述方法中滑模控制系统的抖振依然存在。因此，需要寻找合适的解决办法，在保证系统鲁棒性的前提下有效的削弱抖振并提高系统的动态响应速度。 

此外，传统控制系统中转速由编码器输出的离散转子位置微分得到，由此会带来噪声和离散误差，影响系统双闭环控制的动态响应速度。负载转矩的扰动也会影响系统的控制精度，而在永磁同步电机闭环控制中，都是假设负载转矩扰动为零或固定值，当负载发生突变时，控制器并不能很好地抑制负载扰动，从而造成电机转速发生较大幅度的变化。因此，有必要设计一种观测器，对转速和负载转矩同时观测，将两者应用于电机控制双闭环中，从而提高系统控制精度和抗扰动性能。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，解决滑模控制中的抖振和响应速度缓慢的问题，提出一种能够在保证系统鲁棒性的前提下有效的削弱抖振并提高系统的动态响应速度的滑模速度控制器；本发明的另一个目的在于，对上述的滑模速度控制器进一步改进，采用能够同时观测转速和负载转矩的扩展滑模观测器，从而进一步削弱抖振并提高系统抗扰性能。本发明提供的基于滑模控制器和转速负载转矩观测器的控制策略，基于新型趋近律的滑模控制器使系统在动态时能快速跟踪给定速度，且减小速度超调和q轴电流的波动；转速观测的方法避免了传统微分法计算转速带来的噪声和离散误差的影响，同时负载转矩的前馈补偿能进一步减小切换增益的取值，减弱控制器抖振，且提高系统的抗扰动性能。 

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案： 

一种永磁电机的滑模控制策略，所述的永磁电机采用双闭环速度电流控制，其特征在于，该控制策略 采用一种滑模速度控制器和一种扩展滑模观测器，所述的滑模速度控制器采用含有速度误差和滑模面信息的指数趋近律，以给定转速和反馈转速的偏差作为输入量，通过滑模控制量输出q轴电流给定值；所述的扩展滑模观测器实时估算转子位置、转速和负载转矩，转速和转子位置提供速度闭环控制和坐标变换的信息，负载转矩补偿至滑模速度控制器，实现对永磁电机的高精度矢量控制。 

作为优选实施方式，所述滑模速度控制器的指数趋近律的设计如下：