[发明专利]基于高阶滑模方法的永磁同步电机控制系统及控制方法

说明书

本发明涉及一种基于高阶滑模方法的永磁同步电机控制系统，其特征在于，它包括Clark变换模块、Park变换模块、旋转变压器、高阶滑模观测器、二阶超螺旋滑模控制器、第一比较器、第二比较器、永磁同步电机d轴电流环比例积分控制器、永磁同步电机q轴电流环比例积分控制器、Park逆变换模块、脉冲宽度调制模块和逆变器；本发明能在受到干扰的情况下快速有效地调节永磁同步电机的各项输入和输出参数，动态响应速度快，鲁棒性高，提高了永磁同步电机的控制精度及其运行的可靠性。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术领域，具体涉及一种基于高阶滑模方法的永磁同步电机控制系统及控制方法。

背景技术

近几年，随着稀土永磁材料和电力功率器件的发展，永磁同步电机(PermanentMagnet Synchronous Motor,PMSM)以其高性能、高转矩惯量比和高能量密度得到了广泛的关注，特别是永磁材料价格的下降及磁性能的提高，极大地推动了永磁同步电机的发展和应用。近年来，在高精度、宽调速范围的伺服系统中，永磁同步电机系统正发挥着越来越重要的作用。永磁同步电机是一个多变量、强耦合的非线性系统，它的应用环境一般较为复杂且常常存在各种干扰，同时存在着参数摄动、负载扰动等不确定性。

现有的电机控制技术中，矢量控制应用最为广泛。永磁同步电机矢量控制采用速度外环和电流内环的双闭环结构，其中，电流环往往需要先将三相电流经过同步旋转坐标变换(Direct-quadrature axis transformation,简称dq变换)，然后分别进行PI(Proportional-Integral,PI)调节，将PI调节的结果作为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)的调制输入量，经PWM算法输出控制信号，完成对电机的控制。速度环一般加入一些控制策略，近年来随着现代控制理论、电力功率器件和电力电子技术以及其它相关科学的进一步发展，许多关于永磁同步电机速度环的调速策略纷纷被提出，如预测控制、自适应控制、神经网络控制、模糊控制等。尽管如此，传统的矢量控制电机动态响应较慢，且在运行过程中电机参数会随着工况负荷等发生变化，即负载扰动等，进而会影响电机的控制精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于高阶滑模方法的永磁同步电机控制系统及控制方法，该系统和方法能在受到干扰的情况下快速有效地调节永磁同步电机的各项输入和输出参数，动态响应速度快，鲁棒性高，提高了永磁同步电机的控制精度及其运行的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明公开的一种基于高阶滑模方法的永磁同步电机控制系统，其特征在于，它包括Clark变换模块、Park变换模块、旋转变压器、高阶滑模观测器、二阶超螺旋滑模控制器、第一比较器、第二比较器、永磁同步电机d轴电流环比例积分控制器、永磁同步电机q轴电流环比例积分控制器、Park逆变换模块、脉冲宽度调制模块和逆变器；

其中，旋转变压器的输入端连接永磁同步电机的转子参数输出端，旋转变压器的转子位置输出端连接Park变换模块的转子位置数据输入端；旋转变压器的转子角速度数据输出端连接高阶滑模观测器的转子角速度数据输入端，高阶滑模观测器的观测干扰值输出端连接二阶超螺旋滑模控制器的观测干扰值输入端；旋转变压器的转子角速度数据输出端还连接二阶超螺旋滑模控制器的转子角速度输入端；二阶超螺旋滑模控制器的参考数据输入端用于接收预设的永磁同步电机给定转速；二阶超螺旋滑模控制器的输出端连接第二比较器的参考数据输入端，二阶超螺旋滑模控制器的输出端还连接高阶滑模观测器的观测数据输入端；

所述Clark变换模块的输入端连接永磁同步电机的电流输出端，所述Clark变换模块的输出端连接Park变换模块的输入端；

Park变换模块的永磁同步电机d轴电流输出端连接第一比较器的反馈输入端，第一比较器的输入端用于输入永磁同步电机d轴参考电流，第一比较器的输出端通过永磁同步电机d轴电流环比例积分控制器连接Park逆变换模块的永磁同步电机d轴电压输入端；