[发明专利]一种模糊滑模控制的永磁同步电机矢量控制系统及方法

说明书

本发明涉及永磁同步电机的矢量控制技术领域，具体涉及一种模糊滑模控制的永磁同步电机矢量控制系统及方法。该控制系统PMSM模块、坐标变换模块、模糊滑模控制器、转矩电流调节器、励磁电流调节器、SVPWM模块、三相逆变器、转速计算模块。该控制系统采用模糊滑模控制器代替滑模控制的切换部分，通过模糊控制中引入可变增益达到满足滑模存在条件和减少抖振的目的，同时还提高了控制系统的强鲁棒性和抗干扰能力。

技术领域

本发明属于永磁同步电机的矢量控制技术领域，尤其涉及一种模糊滑模控制的永磁同步电机矢量控制系统及方法。

背景技术

永磁同步电动机以高功率密度、高效率、高可靠性及结构简单、轻量化等优点著称，目前广泛应用于国民经济、工业生产和国防航天等领域。

然而，永磁同步电机是一个多变量、强耦合的非线性系统，存在着诸如电流耦合、系统饱和、参数摄动和外部扰动等诸多不利因素，直接影响着控制系统性能的提高。为了实际工程应用的需求，迫切需要在永磁同步电机控制方法上有所突破，以保证高性能永磁同步电机系统的发展。

电力电子技术和微处理器技术的发展为永磁同步电机先进控制方法的应用提供了坚实的基础，目前矢量控制是一种实现高动态性能永磁同步电动控制的两种主流控制策略之一。

目前矢量控制是一种实现高动态性能永磁同步电动控制的一种主流控制策略。PI控制器问世至今已有70年历史，具有结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便等优点，成为工业控制的主要技术之一。PI控制是经典的控制策略，方法简单，既能提高系统静态精度，又能提高系统稳定性和改善系统动态品质，故广泛应用于电机控制。典型的永磁同步电机矢量控制系统是一个包含电流环、速度环和位置环的三闭环控制系统。传统位置环、速度环和电流环的调节控制器都是采用PI控制器。但永磁同步电机是具有强耦合的非线性对象，很难用精确的数学模型表示，并且电机运行过程中，往往会存在各种不可预见的干扰，同时电机参数也会变化。

滑模控制(Sliding Mode Control,SMC)是一种特殊的非线性控制，具有响应速度快、对参数变化及外部扰动鲁棒性强、实现简单等诸多优点。然而，这种控制方法需要根据系统状态在不同的控制器结构之间进行频繁的切换，这不可避免会造成系统抖振。因此，如何削弱系统抖振成为将滑模控制理论应用于实际电机驱动系统的研究热点。

在各种控制器中，滑模变结构控制器以其鲁棒性好、实现相对简单等优点在机电系统的控制中占有重要的地位，且得到了广泛的应用。但滑模控制器也有产生抖振的缺点，滑模变结构控制器与智能控制算法的结合成为解决这一问题的有效途径。其中，模糊滑模控制器是近年来出现的一种新的滑模变结构控制方法，与传统的线性滑模变结构控制器相比，它除了具有较强鲁棒性的特点之外，还具有快速收敛的特性，使控制系统在较短的时间收敛到期望轨迹，并且在切换面上具有更高的稳态精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用模糊控制和滑模控制相结合的系统及方法，以减小抖振问题和驱动饱和问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种采用模糊滑模控制的永磁同步电机矢量控制系统，包括PMSM模块、坐标变换模块、模糊滑模控制器、转矩电流调节器、励磁电流调节器、SVPWM模块、三相逆变器、转速计算模块；

PMSM模块用于检测永磁同步电机三相绕组电流i_a、i_b、i_c；

坐标变换模块包括Clark变换模块、Park变换模块和Park逆变换模块；

Clark变换模块用于将PMSM模块的输出i_a、i_b、i_c通过两个静止坐标系之间的Clark变换，获得Clark变换模块的输出电流i_α、i_β；