[发明专利]一种抑制永磁直线电机不匹配扰动的滑模速度控制方法

摘要

本发明公开了一种抑制永磁直线电机不匹配扰动的基于内模的滑模速度控制方法，建立带不匹配扰动的五相容错永磁圆筒直线电机模型；采用内模控制策略设计理想系统的内模控制器；建立的电机二阶数学模型，设计不匹配扰动观测器观测电机系统的不匹配扰动；设计两种基于不匹配扰动观测器，求出两种方法下系统的滑模控制律对表达式作等效变换使其含有系统不匹配扰动误差，选取李雅普诺夫函数，将所得的滑模控制律和由PI电流调节器输出的d轴电压给定值x轴电压给定值以及y轴电压给定值经电压源逆变器，采用CPWM调制方法实现抑制容错永磁圆筒直线电机不匹配扰动的基于内模的滑模速度控制系统的高性能运行。

主权项

1.一种抑制永磁直线电机不匹配扰动的基于内模的滑模速度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立带不匹配扰动的五相容错永磁圆筒直线电机模型；步骤2，采用内模控制策略设计理想系统的内模控制器；步骤3，基于步骤1建立的电机二阶数学模型，设计不匹配扰动观测器观测电机系统的不匹配扰动；步骤4，设计两种基于不匹配扰动观测器的滑模面σ，求得滑模面σ的导数将步骤1所得的电机二阶数学模型表达式代入中，然后再结合步骤2所设计的内模控制器，分别求出两种方法下系统的滑模控制律方法一，所设计的新型滑模面为：式中：c₁、c₂为滑模面参数且c₁、c₂＞0；为不匹配扰动d₁(t)的观测值；x₁、x₂为状态变量其中v^*、v分别为电机的给定速度和实际速度，i_q为电机的实际电流，ψ_f为永磁体磁链，M为负载和动子质量，ψ_f和M的下标“0”表示标称模型参数，τ为极距；基于不匹配扰动观测器的滑模控制律为式中ε为控制器切换增益，且ε＞0；Φ为饱和函数sat()的边界层厚度；v^sim为使用内模控制后理想系统模型的输出速度，a(x)＝k₁₁k₂₁x₁+k₂₂x₂，其中L_q为q轴电感，L_q的下标“0”表示标称模型参数，R为定子电阻，R的下标“0”表示标称模型参数；q＝k₁₁k₂₃，p＝‑k₂₁v^*，其中方法二，所设计的新型滑模面为：式中：F_e0是内模控制器输出的电磁推力；c₁、c₂为滑模面参数且c₁、c₂＞0；为不匹配扰动d₁(t)的观测值；x₁(0)为状态变量x₁的初始值，M为负载和动子质量，B为粘滞摩擦系数，其中下标“0”表示标称模型参数；基于不匹配扰动观测器的滑模控制律为式中ε为控制器切换增益，且ε＞0；Φ为饱和函数sat()的边界层厚度；v^sim为使用内模控制后理想系统模型的输出速度；步骤5，将步骤4获得的滑模控制律表达式分别代入步骤4所求得的表达式中，对表达式作等效变换使其含有系统不匹配扰动误差，选取李雅普诺夫函数，根据等效变换后的滑模面导数表达式和步骤4所得滑模面σ分别分析所提出的新型滑模控制策略的稳定性；步骤6，将步骤4所得的滑模控制律分别和由PI电流调节器输出的d轴电压给定值x轴电压给定值以及y轴电压给定值经电压源逆变器，采用基于单极性PWM的CPWM调制方法实现抑制容错永磁圆筒直线电机不匹配扰动的基于内模的滑模速度控制系统的高性能运行。