基于滑模观测的永磁同步电机控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机的控制方法及系统，在永磁同步电机矢量控制中设计了负载转矩的滑模观测器，结合速度环的滑模控制进行补偿，对速度控制器进行了重新设计，同时得到了较为稳定的q轴参考电流，进而得到比较理想的转速、转矩。本发明专利技术能在系统受到干扰的情况下快速有效地调节永磁同步电机的各项输入和输出参数，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及其运行的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及永磁同步电机
，更具体地，涉及一种基于滑模观测的永磁同步电机控制方法及系统。
技术介绍
近几年，随着稀土永磁材料和电力功率器件的发展，永磁同步电机(PermanentMagnetSynchronousMotor,PMSM)以其高性能、高转矩惯量比和高能量密度得到了广泛的关注，特别是永磁材料价格的下降及磁性能的提高，极大地推动了永磁同步电机的发展和应用。近年来，在高精度、宽调速范围的伺服系统中，永磁同步电机系统正发挥着越来越重要的作用。永磁同步电机是一个多变量、强耦合的非线性系统，它的应用环境一般较为复杂且常常存在各种干扰，同时存在着参数摄动、负载扰动等不确定性。现有的电机控制技术中，矢量控制应用最为广泛。永磁同步电机矢量控制采用速度外环和电流内环的双闭环结构，其中，电流环往往需要先将三相电流经过dq变换，然后分别进行PI调节，将PI调节的结果作为PWM的控制量，经PWM算法输出控制信号，完成对电机的控制；速度环一般加入一些控制策略，近年来随着现代控制理论、电力功率器件和电力电子技术以及其它相关科学的进一步发展，许多关于永磁同步电机速度环的调速策略纷纷被提出，如自适应控制、神经网络控制、模糊控制等。尽管如此，传统的矢量控制电机动态响应较慢，且在运行过程中电机参数会随着工况负荷等发生变化，即负载扰动等，进而会影响电机的控制精度。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于滑模观测的永磁同步电机控制方法及系统，其目的在于，在系统受到干扰的情况下快速有效地调节永磁同步电机的各项输入和输出参数，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及其运行的可靠性。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种永磁同步电机的控制方法，包括如下步骤：(1)采集永磁同步电机的转子位置θ、转子角速度ω和三相电流ia、ib和ic，对永磁同步电机的三相电流ia、ib和ic进行Clark变换和Park变换，得到永磁同步电机在dq轴坐标系下的等效电流id和iq；(2)利用采集的永磁同步电机的转子电角速度ω和预设的永磁同步电机在dq轴坐标系下的等效电流id和iq，得到永磁同步电机的转速和负载转矩观测值： ω ^ · T ^ · L = - B m J - n p J 0 0 ω ^ T ^ L + n p J 0 · 3 2 n p [ ( L d i d + ψ f ) i q - L q i q i d ] + 1 l f ( e ω ) , ]]>其中，ω为实际的转子电角速度，为转子电角速度估计值，为负载转矩值，Bm为永磁同步电机摩擦阻尼系数，J为转动惯量，np为极对数，Ld,Lq为dq轴电感，l为增益系数，转子速度误差为自适应滑模观测函数f(eω)＝(cω-BmJ-1)eω+εωsgn(sω)+ηωsω，其中，积分滑模变量滑模变量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步电机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采集永磁同步电机的转子位置θ、转子角速度ω和三相电流ia、ib和ic，对永磁同步电机的三相电流ia、ib和ic进行Clark变换和Park变换，得到永磁同步电机在dq轴坐标系下的等效电流id和iq；(2)利用采集的永磁同步电机的转子电角速度ω和预设的永磁同步电机在dq轴坐标系下的等效电流id和iq，得到永磁同步电机的转速和负载转矩观测值：ω^·T^·L=-BmJ-npJ00ω^T^L+npJ0·32np[(Ldid+ψf)iq-Lqiqid]+1lf(eω),]]>其中，ω为实际的转子电角速度，为转子电角速度估计值，为负载转矩值，Bm为永磁同步电机摩擦阻尼系数，J为转动惯量，np为极对数，Ld,Lq为dq轴电感，l为增益系数，转子速度误差为自适应滑模观测函数f(eω)＝(cω‑BmJ‑1)eω+εωsgn(sω)+ηωsω，其中，积分滑模变量滑模变量的积分系数cω＞0，eω(th)为滑模变量进行积分分离的阀值，切换增益系数εω＞0，指数系数ηω＞0；(3)结合采集的永磁同步电机的转子角速度ω和预设的永磁同步电机的参考转子角速度ω*，利用观测到的负载转矩进行补偿，得到永磁同步电机的q轴参考电流为：iq*=2J3np2ψf{ω·*+c(ω*-ω)+npJT^L+]]>∫[ϵsgn(c(ω*-ω)+ω·*-ω·)+k(c(ω*-ω)+ω·*-ω·)]},]]>其中，ψf为转子磁链，为ω*的一阶导数，为ω的一阶导数，c,ε,k为常数，sgn()为符号函数；(4)将预设的永磁同步电机的d轴参考电流和步骤(3)得到的永磁同步电机的q轴参考电流分别与永磁同步电机在dq轴坐标系下的等效电流id和iq作差后，进行PI控制得到dq轴坐标系下的电压量ud和uq；(5)由dq轴坐标系下的电压量ud和uq经过坐标变换以及正弦脉冲宽度调制得到永磁同步电机的三相输入电压，驱动永磁同步电机运行。...

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采集永磁同步电机的转子位置θ、转子角速度ω和三相电流ia、ib和ic，对永磁同步
电机的三相电流ia、ib和ic进行Clark变换和Park变换，得到永磁同步电机在dq轴坐标系下
的等效电流id和iq；
(2)利用采集的永磁同步电机的转子电角速度ω和预设的永磁同步电机在dq轴坐标系
下的等效电流id和iq，得到永磁同步电机的转速和负载转矩观测值：
ω ^ · T ^ · L = - B m J - n p J 0 0 ω ^ T ^ L + n p J 0 · 3 2 n p [ ( L d i d ...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，蒋亚杰，穆朝絮，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42