[发明专利]一种永磁同步电机滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机滑模控制方法，永磁同步电机速度采用滑模速度控制器进行控制，负载转矩观测器对负载转矩进行观测，负载转矩观测器的输出用于对滑模速度控制器的输出进行负载转矩补偿；负载转矩观测采用反馈增益依据负载转矩给定值的变化量和负载转矩观测值的变化量进行自动调整的算法，能在系统参数发生变化或者是负载发生扰动，导致负载转矩给定值发生变化或/和负载转矩观测值发生变化时，快速降低负载转矩的观测误差并将负载转矩观测值前馈补偿至电流调节器中，有效地削弱了系统的抖振，且动态响应速度快，鲁棒性高，提高了永磁同步电机的控制精度。

本发明专利申请为分案申请，原案申请号为202010918597.3，申请日为2020年09月04日，发明名称为工业机器人用永磁同步电机控制方法。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术领域，更具体地，尤其是涉及一种永磁同步电机滑模控制方法。

背景技术

永磁同步电机具有效率高、扭矩大、转速性能好等优点，被广泛应用在制造、电动汽车、工业生产等领域中。工业机器人应用场合工作环境复杂多变，负载转动惯量变化大，调速范围广，且要求电机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间短。基于PI控制器的矢量控制方法不能满足工业机器人用电机驱动的快速性要求，滑模控制方法提高了系统响应的快速性，但在发生负载扰动或内部参数摄动时，会使电机速度产生明显的抖振。

发明内容

本发明的目的是针对负载转矩变化大和调速范围广的情况，提供一种将观测的负载转矩前馈补偿至电流调节器中，提高负载转矩观测响应速度并减少转矩观测波动性的永磁同步电机控制方法，包括：

一种永磁同步电机滑模控制方法，永磁同步电机速度由滑模速度控制器控制，其特征在于，滑模速度控制器采用积分滑模控制方式；负载转矩观测器根据滑模速度控制器输出的负载转矩给定值的变化对反馈增益进行调整，依据转子角速度ω和电流i_q对负载转矩进行观测，得到负载转矩观测值负载转矩观测器输出的负载转矩观测值被送至滑模速度控制器。

定义滑模速度控制器的状态变量为

其中，ω是转子角速度，ω^*是给定转子角速度；

滑模速度控制器的滑模面为s_y＝c_yy₁+y₂，c_y为滑模面参数，且c_y＞0；滑模速度控制器输出的负载转矩给定值和q轴转矩电流给定值为

其中，J是转动惯量，p是电机极对数，ψ_f是永磁体磁链，B是摩擦系数；系数μ₁和系数μ₂为速度滑模控制的指数趋近率系数，且μ₁＞0，μ₂＞0。

负载转矩观测器为

其中，是转子角速度估计值，g是负载转矩观测器的反馈增益且g＜0；k_g是负载转矩观测器的滑模增益。

负载转矩观测器根据滑模速度控制器输出的负载转矩给定值的变化对反馈增益进行调整的方法是：

步骤㈠、计算

步骤㈡、判断是否大于转矩变化比较阈值ε；当大于转矩变化比较阈值时，取反馈增益g等于g_min；当小于等于转矩变化比较阈值ε时，取反馈增益g等于g_max；

步骤㈢、负载转矩观测器对负载转矩进行观测，得到负载转矩观测值；滑模速度控制器进行控制运算得到