[发明专利]混合定子磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统高阶滑模控制方法

权利要求书

1.混合定子磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统高阶滑模控制方法，其特征在于，利用混合定子磁悬浮开关磁阻电机的结构特征实现转矩和悬浮力的直接解耦，悬浮系统的位移环采用基于Quasi-continuous算法的三阶滑模控制器，选取位移误差构造滑模面，结合Quasi-continuous算法得出的参考悬浮力通过力与电流模块得出参考电流使电机转子悬浮平稳运行，位移趋近于稳定。

2.如权利要求1所述的混合定子磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统高阶滑模控制方法，其特征在于，基于Quasi-continuous算法的三阶滑模控制器，建立被控对象的数学模型：

其中，x为转子在x轴方向上的径向位移，x^*为转子在x轴方向上的参考位移，v_x为转子在轴x方向运动分速度，F_x为x轴方向的悬浮力，y为转子在y轴方向上的径向位移，y^*为转子在y轴方向上的参考位移，v_y为转子在y轴方向运动分速度，F_y为y轴方向的悬浮力，F_Lx、F_Ly分别为x、y轴方向上外界干扰力，m为电机转子的质量。

3.如权利要求1或2所述的混合定子磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统高阶滑模控制方法，其特征在于，所述基于Quasi-continuous算法的三阶滑模控制器的具体设计过程为：

步骤1：选取滑模面为：

其中，S₁为x轴方向位移控制器的滑模面，e_x为x轴方向上的位移误差，S₂为y轴方向位移控制器的滑模面，e_y为y轴方向上的位移误差；

步骤2：滑模控制器的设计：

在不考虑干扰的情况下，根据理论设计三阶滑模如下：

已知悬浮系统方程为：

其中是x轴方向位移的二阶导数，是y轴方向位移的二阶导数，F_x为x轴方向的悬浮力，F_y为y轴方向的悬浮力；设易知系统相对阶为r＝4，因此根据Quasi-continuous算法设计三阶滑模控制器的控制率：

其中，sign(S)为符号函数，u₁、u₂分为x轴方向、y轴方向控制器的控制率，α_x、α_y为可调参数，为滑动量S₁的一阶微分项，为滑动量S₁的二阶微分项，为滑动量S₂的一阶微分项，为滑动量S₂的二阶微分项；u₁、u₂除外处处连续，实际控制为：

步骤3：引入Levent微分器：

因系统受外部噪声影响时，滑动量的高阶微分项S^(k)(k＝1,2)难以从反馈得出，因此引入Levent微分器估算这些数值：

此时有z_x0＝S₁，z_y0＝S₂，v_x0、v_x1、v_x2为x轴方向微分器所设值，v_y0、v_y1、v_y2为y轴方向微分器所设值，将其值代入三阶滑模位移控制器中，可得出：

其中，sign(S)为符号函数，u₁、u₂分为x轴方向、y轴方向控制器的控制率，α_x、α_y为可调参数，u₁、u₂除外处处连续；

因此，设计三阶滑模位移控制器为：

步骤4：选取Lyapunv函数，证明所设计的三阶滑模位移控制器可在有限时间内使滑模变量S收敛到0，达到系统的稳定。