[发明专利]基于幂指数趋近率的无刷直流电机滑模变结构控制方法

摘要

本发明提供的基于幂指数趋近率的无刷直流电机滑模变结构控制方法，包括如下步骤：步骤1：分析无刷直流电机的数学模型；步骤2：滑模控制器的设计；将幂次趋近律和指数趋近律相结合，得到改进型趋近律‑幂指数趋近律并计算当前时刻的滑模控制率：步骤3：设置用于控制所述无刷直流电机的电流环和速度环，所述电流环比例积分控制，所述速度环为幂指数趋近率的滑模变结构控制；步骤4：重复进行更新所述滑模控制率i的值，实现对无刷直流电动机的控制。本发明对无刷直流电机的控制量增加为三个可调参数，使得控制调节更加灵活，提供一种控制品质高、形式简单、实现方便的无刷直流电动机控制策略。

主权项

1.一种基于幂指数趋近率的无刷直流电机滑模变结构控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：采用下式(1)表示无刷直流电机中三相绕组的电压平衡方程：式(1)中，uA、uB、uC分别为定子绕组相电压；R为相电阻；iA、iB、iC为与uA、uB、uC一一对应的定子绕组相电流；eA、eB、eC为与uA、uB、uC一一对应的定子绕组电动势；L为每相绕组自感；M为每两相绕组间互感；p为微分算子；所述无刷直流电机中定子绕组产生的电磁转矩Te采用下式(2)表示：式(2)中，w为所述无刷直流电机的角速度；由电磁感应定律得到所述无刷直流电机绕组的动态方程如下式(3)所示：e＝kew   (3)式(3)中，e为定子绕组各相反电动势；ke为反电动势系数；为了产生恒定的电磁转矩，要求所述无刷直流电机中定子电流为方波，反电动势为梯形波，且在每半个周期内，方波电流的持续时间为120°电角度，梯形波反电动势的平顶部分也为120°电角度，使得两者应严格同步；由于在任何时刻，定子只有两相导通，则电磁转矩式(2)变为：式(4)中，i为定子绕组各相电流；kt为转矩系数；根据(1)式和(3)式得到：式(5)中，u为电机绕组端电压，R'为绕组电阻，L'为绕组电感，t为时间变量；无刷直流电机的机械运动方程如下式(6)所示：式(6)中，TL为负载转矩，J为电动机转动惯量，B为电动机阻尼系数；步骤2：滑模控制器的设计；定义所述无刷直流电机的速度跟踪误差如下式(7)所示：e＝wd‑w    (7)式(7)中，e为速度跟踪误差，wd为转速给定值；采用如下式(8)所示的积分滑模面s：式(8)中，c为积分滑模面的积分系数；对s求导得到下式(9)：根据式(6)得到：将幂次趋近律和指数趋近律相结合，得到如下式(11)所示的改进型趋近律‑幂指数趋近律：式(11)中，是指数趋近项，其解为s＝s(0)e^‑kt，其中k>0；常数β表示所述无刷直流电机的运动点趋近切换面s＝0的速率，且β>0；参数α表示次数项，且0<α<1；根据式(9)、(10)和(11)得到如下式(12)所示的当前时刻的滑模控制率：式(12)中，饱和函数△为边界层厚度，△>0；步骤3：设置用于控制所述无刷直流电机的电流环和速度环，所述电流环比例积分控制，所述速度环为幂指数趋近率的滑模变结构控制，其控制参数为步骤2计算所得的滑模控制率i；步骤4：下一时刻，返回步骤2，重复进行更新所述滑模控制率i的值，实现对无刷直流电动机的控制。