[发明专利]一种基于干扰观测器的永磁同步电机自适应非奇异终端滑模控制方法

说明书

本发明涉及一种基于干扰观测器的永磁同步电机自适应非奇异终端滑模控制方法，在永磁同步电机矢量控制系统的速度环，引入自适应非奇异终端滑模控制器，其特征在于，提出一种自适应变速指数趋近律，该趋近律引入状态变量的一阶范数，根据状态变量距离平衡点的远近自适应调整指数趋近速度与等速趋近速度，从而实现缩短趋近时间的同时削弱系统抖振。同时，针对系统外部干扰以及负载扰动问题，设计了干扰观测器，并将其观测值反馈到滑模控制器的设计中。本发明在系统受到干扰以及负载出现波动时，能快速地跟踪转速，减小系统超调及稳态静差，大大增强了系统的鲁棒性。

技术领域

本发明属于永磁同步电机控制领域，涉及一种基于干扰观测器的滑模控制方法。

背景技术

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有体积小、结构简单、效率高等诸多优点，使得其在数控机床、医疗器械、航空航天等领域得到广泛应用，但由于永磁同步电机是一个多变量、非线性、强耦合的复杂对象，当系统受到内部参数或外界扰动等因素影响时，常规的PI控制并不能满足高性能控制的要求，而自适应控制、智能控制等由于算法复杂难于在实际工程中应用。

滑模变结构控制是一种非线性控制，它采用控制切换法则，通过在不同控制作用之间的切换，产生一种与原系统无关，按照预定“滑动模态”的状态轨迹的运动，使系统状态达到期望点，从而实现系统控制。由于预定轨迹和控制对象内部参数及外部扰动无关，因此滑模变结构控制对模型精度要求不高，对参数摄动、外部扰动具有强鲁棒性。近年来越来越多的学者将滑模变结构控制应用于交流伺服系统中。

虽然目前对滑模变结构的研究取得了一定的成果，但在控制性能上仍然需要进一步提高。非奇异终端滑模控制是近年来出现的一种新型滑模控制方法，它通过有目的地改变切换函数，直接从滑模设计方面解决了现有终端滑模控制存在的奇异性问题，实现了系统的全局非奇异控制；同时它又继承了终端滑模的有限时间收敛特性，与传统的线性滑模控制相比，可令控制系统有限时间内收敛到期望轨迹，且具有较高的稳态精度，特别适用于高速、高精度控制。但是仍然存在抖振问题，难以达到理想的控制效果。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中，永磁同步电机控制系统响应缓慢、系统抖振、抗扰能力差等问题，提出一种基于干扰观测器的自适应非奇异终端滑模控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了以下解决方案。

一种基于干扰观测器的自适应终端滑模控制方法，采用自适应非奇异终端滑模控制器与干扰观测器相结合。自适应非奇异终端滑模控制器，其特征在于，提出一种自适应变速指数趋近律，该趋近律引入状态变量的一阶范数，根据状态变量距离平衡点的远近自适应调整指数趋近速度与等速趋近速度，从而实现缩短趋近时间的同时削弱系统抖振。

趋近律设计如下：

其中:为系统状态变量的一阶范数，k＞0,ε＞0,c＞0,n＞0.

本发明中永磁同步电机控制系统采用矢量控制，即i_d＝0，在d-q坐标系下，永磁同步电机转速数学模型为：

其中：ω为转子角速度，i_q为q轴电流，P为转矩绕组极对数，ψ_f为永磁体磁极与定子绕组交链的磁链，J为转动惯量，F为转子与负载的摩擦系数，T_L为负载转矩。

结合永磁同步电机数学模型，定义状态变量，选取滑模面：

设计控制律为：

考虑电机中参数不确定因素：