[发明专利]基于输出回授滑模控制和抗饱和PI的永磁电机控制方法

说明书

本发明提供了一种基于输出回授滑模控制和抗饱和PI的永磁电机控制方法。建立永磁电机数学模型，以系统输出转速的误差为0作为控制目标，采用输出回授型滑模控制设计永磁电机速度环控制器，使电机转速稳定在给定值；为防止带限幅的电流环PI控制器陷入饱和状态，通过抗积分饱和方法来消除这一现象，以进一步增强整个系统的动态响应性能。

技术领域

本发明属电机控制技术领域，具体涉及一种基于输出回授滑模控制和抗饱和PI的永磁电机控制方法。

背景技术

在自控领域进行科学研究的时候，通常是将模型线性化后进行分析，然而实际情况中并非如此，比如电路中的电阻在温度变化时，其阻值会呈现非线性变化，而非如常用频域分析中的视为常数。这就导致了在控制对象的线性化模型中，涉及到一些物理参数是会随着环境变化，尤其是依温度变化而变化的。当工况变化较为剧烈时，传统PI控制器由于其本身局限性，不能满足一些场合中对系统动态性能的要求，而滑模控制可以很好的弥补这一问题。滑模控制会令系统状态从任意初始位置开始运动，最终进入滑模区，在有限时间稳定在平衡点(原点)附近。滑模控制可以有效规避系统未知变化带来的影响，同时不需要精确模型，通过合理的滑模面的选定，还可以有效提升系统的动态性能和稳态性能。

对于PI控制的实际应用来说，往往都需要限幅环节，但是，当输出量已经达到限幅边界，且误差仍然存在时，积分器会一直将误差累计下去，导致PI控制器陷入饱和状态，饱和状态的控制器会对误差变化产生严重的滞后效果，严重降低系统动态响应性能。所以需要通过抗饱和方法来降低累积误差，从而改善系统动态响应。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于输出回授滑模控制和抗饱和PI的永磁电机控制方法。本发明建立永磁电机数学模型，以系统输出(转速)的误差为0作为控制目标，采用输出回授型滑模控制设计永磁电机速度环控制器，用以控制q轴电流，使电机转速稳定在给定值；为防止带限幅的电流环PI控制器陷入饱和状态，通过抗积分饱和方法来消除这一现象，以进一步增强整个系统的动态响应性能。

一种基于输出回授滑模控制和抗饱和PI的永磁电机控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采集永磁电机中的转子实时位置θ，通过进行θ对时间求导计算，得到电机当前转速ω；

步骤2：采集永磁电机三相电流值i_a、i_b、i_c，根据Clarke变换，分别得到三相电压和电流在两相静止坐标系下的电流分量i_α、i_β；其中，i_a表示电流矢量在三相坐标系a轴的分量，i_b表示电流矢量在三相坐标系b轴的分量，i_c表示电流矢量在三相坐标系c轴的分量，i_α表示电流矢量在α轴的分量，i_β表示电流矢量在β轴的分量；

步骤3：对步骤2得到的两相静止坐标系下的电流分量i_α、i_β进行Park变换，得到两相旋转坐标系下的电流分量i_d、i_q；其中，i_d表示d轴电流分量，i_q表示q轴电流分量；

步骤4：根据永磁电机运动方程，令d轴电流参考值i_d^*＝0，转速误差和转速误差变化率作为两个状态变量，经过输出回授型滑模控制器运算，状态变量运动轨迹最终收敛至坐标原点；

步骤5：采用积分箝位方法对带限幅环节的电流控制环进行抗饱和处理，提升电流环动态响应速度；

步骤6：对电流环输出的状态变量进行Park反变换，得到两相静止坐标系下的电流分量，电流分量通过空间矢量脉宽调制，得到预期电压，从而令永磁电机转速达到预设值。

进一步地，步骤4中所述的输出回授型滑模控制器的具体实现过程如下：