[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

说明书

本发明公开了一种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。利用混合定子磁悬浮开关磁阻电机的特殊结构实现转矩和悬浮力的直接解耦，悬浮系统由位移外环和电流内环构成，位移外环采用基于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算法得到参考悬浮力，达到悬浮系统的稳定运行。本发明采用基于Quasi‑continuous算法的三阶滑模位移控制器，提高了磁悬浮开关磁阻电机转子悬浮精度，大幅度地抑制了位移抖振问题，对系统不确定扰动具有较强鲁棒性，解决了传统滑模控制中高频抖振等技术瓶颈。此方法对于磁悬浮开关磁阻电机转矩系统同样适用。

技术领域

本发明涉及一种12/14混合定子磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统的Quasi-continuous三阶滑模控制策略，适用于抑制磁悬浮开关磁阻电机滑模控制的抖振问题，属于电气传动控制技术领域。

背景技术

磁悬浮开关磁阻电机结合了磁悬浮轴承和开关磁阻电机的性质，实现了电机转子的悬浮工作，具有易实现高速化、成本低、输出功率大、损耗小等优点，使其在高速化飞轮储能等应用领域有着良好的推广前景。

当系统受到参数变化和外部环境带来的扰动时，磁悬浮开关磁阻电机具有的非线性、不能在线调节、鲁棒性差等因素使得常规控制器难以满足高性能电动机调速的要求，而滑模控制策略因其鲁棒性强，控制算法简单等特点能有效的解决转矩脉动大、系统不稳定的问题被广泛应用于控制系统中。但是低阶滑模控制器常伴有高频抖振，往往会破坏系统建模动态特性，增加控制器件的负担。

因此，借助于12/14混合定子磁悬浮开关磁阻电机的特殊结构，将控制系统分为转矩控制和悬浮力控制两部分，转矩控制除常用策略外，国内外学者相继提出优化方法以减小系统的脉动。在此基础上，以悬浮力系统为研究重点，为减小系统抖振，提高系统鲁棒性，对传统低阶滑模控制存在的控制作用不连续、抖振严重的问题进行改进。

发明内容

本发明针对12/14混合定子磁悬浮开关磁阻电机，利用Quasi-continuous高阶滑模算法设计其悬浮系统的三阶滑模位移控制器，实现强鲁棒、高精度输出，有效的抑制了系统的抖振。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

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，悬浮系统的位移环采用基于Quasi-continuous高阶滑模算法的三阶滑模位移控制器，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。

进一步，基于Quasi-continuous算法三阶滑模控制器，建立12/14混合定子磁悬浮开关磁阻电机悬浮系统的数学模型：

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。

进一步，所述三阶滑模位移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；