[发明专利]一种永磁同步电机控制方法

说明书

本发明公开一种永磁同步电机控制方法，在常规幂次趋近率的基础上加入变速和变指数项构成自适应趋近律，使趋近速度与系统状态变化相关联，一方面有效地增加了系统响应速度和趋近速度，另一方面减少了系统的抖振，与常规趋近律滑模控制相比，具有更好的动态性能和更高德鲁棒性。与此同时，本发明针对所设计的控制器提出了一种基于智能算法的多目标参数优化方法，综合考虑转速上升时间，超调量和稳态误差三个目标，采用智能算法，对控制器涉及的参数进行优化，为控制器参数的整定提供一种参考，避免了参数设置的盲目性。

技术领域

本发明涉及一种基于新型自适应趋近律的永磁同步电机滑模控制及参数优化方法，属于电机控制领域。

背景技术

永磁同步电动机(PMSM)具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、效率高，以及电机的形状和尺寸可以灵活多样等一系列优点，已经在航空航天，电动汽车，电力驱动器和计算机外围设备等领域得到广泛应用，发展潜力巨大。然而，PMSM是一个多变量、强耦合和非线性的复杂控制对象，为获得良好的控制效果，需采取行之有效的控制算法。

矢量控制的出现对电机控制有重大的研究意义，由于没有异步电机转差率的问题，PMSM矢量控制实现起来更加方便。应用最为广泛的PMSM矢量控制为双闭环PI控制，即外环速度环控制电机转速、内环电流环提高系统的动态特性，二者均采用PI控制器。然而，当控制系统受到外界扰动或电机内部参数发生变化时，传统PI控制方法的控制效果便会大打折扣。相比之下，滑模控制(SMC)设计简单易于实现，且具有对扰动与参数不敏感、响应速度快等优点，被广泛应用于PMSM控制中。

滑模控制包括趋近运动和滑模运动两个过程，采用趋近律的方法可以改善趋近运动的动态性能，常用的几种典型趋近律包括等速趋近律、指数趋近律以及幂次趋近律等。然而，这些典型趋近律均存在一定的不足，且控制器参数的选取也较盲目，使得控制器的控制效果大打折扣。例如，幂次趋近律具有较快的趋近速度，但接近滑模面时，趋近速度放缓，导致到达时间过长，不利于控制器的设计；变速趋近律随着状态变量减小，滑模区宽度逐渐减小，最后收敛至系统原点.但若趋近系数较大，系统到达滑模面时状态变量较大，则会导致系统抖振较大；若趋近系数较小，则会导致系统到达时间过长，两种情形均不利于控制器设计。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种永磁同步电机控制方法，在加快趋近速度，提高系统动态性能的同时，抑制滑模抖振，并为控制器参数的选取提供一种参考，避免参数设置的盲目性。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种永磁同步电机控制方法，本方法采用速度、电流双闭环控制策略，电流环采用传统PI控制器，转速环采用基于新型自适应趋近律的滑模控制器，将电机转速给定值ω_r与位置检测器测得的电机转速ω_m经过减法器得到速度偏差作为滑模控制器的输入，通过滑模控制器输出的指令值给电流环i_q；所述新型自适应趋近律的滑模控制器在幂次趋近律的基础上，结合幂次函数tansig，引入变速趋近律和变指数趋近律作为自适应项，当系统状态变量距离滑模面较远时，趋近速度由幂次趋近律项和变指数趋近律项决定，幂次项保证了趋近速度足够大，当系统状态变量运动轨迹距离滑模面较近时，此时，趋近速度由变速趋近律项和变指数趋近律项决定，变速趋近律将加快系统变量划向滑模面并削弱抖振。

进一步的，所述滑模控制器的趋近律表达式为：

其中s为线性滑模面，x为系统状态变量，为滑模面的导函数，k₁、k₂、k₃均为大于零的系数，0α1，0β1，取值范围是(0,1)，sgn()为符号函数，

定义滑模面函数为：

s=cx₁+x₂    (2)，