[发明专利]一种具有增益调度切换增益的永磁同步电机滑模控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有增益调度切换增益的永磁同步电机滑模控制系统。

背景技术

得益于新型的稀土永磁材料研制成功，永磁同步电机的性能出现了质的提升，在很多领域都得到了广泛应用；永磁同步电机是一个多变量、非线性、强耦合的系统，对系统内部参数摄动及外部干扰极为敏感，因此传统的线性控制方法无法准确描述系统的稳态、动态过程，也无法适应系统参数的变化，从而难以保证电机在全局转速、转矩范围内的运行品质。

滑模控制是一种特殊的非线性控制，它具有响应快速、鲁棒性好、工程实用性强等优点；然而，滑模控制系统会存在抖振的问题，抖振的来源主要是切换增益，如果在趋近滑模面的过程中对切换增益进行适当的调整就可以消除抖振。

发明内容

本发明为弥补滑模控制系统的不足提出一种具有增益调度切换增益的永磁同步电机控制方法。

上述目的通过以下的技术方案实现。

一种具有增益调度切换增益的永磁同步电机滑模控制系统，是以永磁同步电机矢量控制为基础的转速、电流双闭环控制系统，其中电流环采用滑模控制器，整体系统结构如图1所示；其中电流滑模控制器利用滑模控制原理，有效地保障系统的响应速度、鲁棒性以及工程实用性。

所述电流滑模控制器以d、q轴定子电流误差e_d、e_q作为输入的状态变量，以d、q轴定子电压u_d、u_q作为控制器的输出；控制律的设计采用积分滑模面，可以达到削弱系统稳态误差和提高控制精度的目的；而为了获得较高的趋近速度，采用指数趋近律，同时还可以削弱抖振。

所述控制律的切换增益系数要选取一个合适值，这是为了保证动态响应速度并有效削弱抖振，如果系数过小会导致运动点趋近滑模面的速度较小，过大会引起较大的系统抖振；本发明为了解决这个问题，提出根据交轴电流给定i_dr和电角速度对切换增益系数的边界范围进行自适应整定的方法；并在所述范围内采用增益调度的方法对滑模控制的切换增益进行整定；这样可以在距离滑模面较远处取较大系数以提高趋紧速度，在接近滑模面较近时选取较小系数来减小系统抖振。

附图说明

附图1是本发明的系统结构图。

附图2是本发明的电流滑模控制器结构框图。

具体实施方式

为能详细说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式并结合附图，对本发明进行详细阐述。

所述一种具有增益调度切换增益的永磁同步电机滑模控制系统，以滑模控制器为核心；所述滑模控制器输入为定子电流误差，输出为旋转坐标系下定子电压。

已知永磁同步电机在d-q同步旋转坐标系中的定子电压方程为

(1)

式中：u_d、u_q分别为d、q轴定子电压；i_d、i_q分别为d、q轴定子电流；L_d、L_q分别为d、q轴定子电感；R_s为定子相电阻；为转子磁链；为转子电角速度。

对于电流环控制系统，将d、q轴定子电流误差e_d、e_q定义为状态变量，将d、q轴定子电压u_d、u_q定义为控制输入，则由式(1)可得d-q轴电流控制系统的状态空间方程为

(2)

式中：；；；

(i_dr、i_qr分别为d、q轴电流给定)。

所述滑模控制器采用积分滑模面设计；积分滑模面设计可以在系统遇到随机的外部扰动时，消除系统的稳态误差，提高控制精确度，达到设计所要求的性能指标。

对于d-q轴电流控制系统，积分滑模面表示为

(3)