基于新型趋近律的永磁同步电机非奇异终端滑模控制方法技术

本发明专利技术属于永磁同步电机控制技术领域，具体公开了基于新型趋近律的永磁同步电机非奇异终端滑模控制方法，其主要为在线性滑模面中引入终端吸引子，获得终端滑模面；根据滑模的存在条件，构建新型趋近律，将终端滑模面与新型趋近律结合，获取滑模控制器函数。本发明专利技术以永磁同步电机为对象，设计了新型的速度控制器。通过几种滑模面的对比，根据控制对象非线性的特性，设计了非奇异终端滑模面，提高了趋近速度。根据趋近阶段远离滑模面和接近滑模面的两个阶段，使用切换函数，引入终端因子，增加速度的同时减小抖振。同时增加了指数项，在远离滑模面的阶段大大提高了趋近速度。离滑模面的阶段大大提高了趋近速度。离滑模面的阶段大大提高了趋近速度。

【技术实现步骤摘要】
基于新型趋近律的永磁同步电机非奇异终端滑模控制方法


[0001]本专利技术属于永磁同步电机控制
，具体涉及基于新型趋近律的永磁同步电机非奇异终端滑模控制方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机具有高精度、高速度、推力大、散热性能好等优点，广泛应用于动态性能和运动精度要求较高的进给伺服系统中。高精度机床对于电机的要求很高，但是永磁同步电机由于其缺少中间的传动环节，使其非线性摩擦力、端部效应、外部扰动、齿槽效应等不确定因素作用到永磁同步电机的动子上，增加了抖振和降低了系统的响应速度。永磁同步电机因为非线性、强耦合、多变量的特点，普通的线性控制方法已经不能满足其在实际生产中的需要。
[0003]因为滑模控制不需要知道系统的精确模型，并且抗扰动性强，所以在现有技术中有研究人员将其应用于永磁同步电机中。该控制方式的响应速度快、鲁棒性强，是当前比较被大家认可的一种基于新型趋近律的永磁同步电机非奇异终端滑模控制方法非线性控制方法。但由于滑模控制滑动模态的特性，不可避免存在抖振，因此，通常会在滑模控制中采用趋近律法来抑制抖振。
[0004]趋近律通常包括等速趋近律、幂次趋近律还有指数趋近律。但是等速趋近律无法消除误差，指数趋近律在接近滑模面的时候抖振很大。幂次趋近律因为不存在符号项，抖振减少，而且在接近滑模面的时候速度不会过快，也减少了抖振的产生，因此使用相对比较广泛。幂次趋近律中包括双幂次趋近律，其提高了整体的趋近速度，且可以减小抖振。但是其趋近速度仅仅是相对其他控制方式而言稍快一些，并不能完全达到控制要求。为进一步提高趋近速度，可以在双幂次趋近律中增加一个指数项，但是在实际应用的时候，初始状态容易产生奇异点，导致该系统的初始稳定性不佳。故现有技术中滑模控制器抑制抖振的效果以及趋近速度均不佳，终端滑模控制器整体性能不佳。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了基于新型趋近律的永磁同步电机非奇异终端滑模控制方法，用以解决目前滑模控制器抑制抖振的效果以及趋近速度均不佳，终端滑模控制器整体性能不佳的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：所述基于新型趋近律的永磁同步电机非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0007]S1：建立永磁同步电机的理想状态模型；
[0008]S2：对永磁同步电机模型中的电磁转矩与负载转矩进行解耦；
[0009]S3：在线性滑模面中引入终端吸引子，获得终端滑模面；
[0010]S4：列出形式为式1的趋近律：
[0011][0012]其中k1>0,k2>0,a>1，0<b<1，p>q，且p和q为正奇数；
[0013]根据滑模的存在条件，构建形式为式2的李雅普诺夫函数：
[0014][0015]S5：将终端滑模面与新型趋近律结合，获取滑模控制器函数。
[0016]本专利技术一个较佳实施例中，步骤S1中，对永磁同步电机做出以下假设：永磁体的磁动势固定不变；电机反电势为正弦形式；电机转子上不存在阻尼绕组；电机感应电动势和气隙磁场都是按正弦分布，且磁场无谐波；三相定子绕组在定子空间中呈对称分布，三相绕组中的各个电枢电阻均相等，三相绕组中的各电感相等；电机铁芯没有永磁饱和，电机中没有涡流损耗；电机周围环境温度对电机没有影响。
[0017]本专利技术一个较佳实施例中，步骤S1中进一步假设i
d
＝0的控制方式，其在d
‑
q坐标系下永磁同步电机的模型为式3
‑
7：
[0018]U
q
＝R
s
i
q
+λ
q
+ω
e
λ
d
ꢀꢀꢀ
(式3)
[0019]U
d
＝R
s
i
d
+λ
d
+ω
e
λ
d
ꢀꢀꢀ
(式4)
[0020]λ
q
＝L
q
i
q
ꢀꢀꢀ
(式5)
[0021]λ
d
＝L
d
i
d
+L
md
i
df
ꢀꢀꢀ
(式6)
[0022]ω
e
＝n
p
ω
r
ꢀꢀꢀ
(式7)
[0023]其中：i
d
为定子电流d轴分量，i
q
为定子电流q轴分量，U
d
为定子电压d轴分量，U
q
为定子电压q轴分量，R
s
为定子电阻，L
d
为定子d轴电感，L
q
分别为定子q轴电感，ω
e
为转子电角速度，ω
r
为转子机械角速度，λ
d
、λ
q
为d、q轴定子磁链，L
md
为d轴的互感，i
df
为d轴等效磁化电流，n
p
为极对数。
[0024]本专利技术一个较佳实施例中，步骤S2中，永磁同步电机电磁转矩和机械转矩方程为：
[0025]T
e
＝3n
p
[L
md
I
df
i
q
+(L
d
‑
L
q
)i
d
i
q
]/2
ꢀꢀꢀ
(式8)
[0026]T
e
＝Jω
r
+T
l
ꢀꢀꢀ
(式9)
[0027]式中：T
e
是电磁转矩；T
l
是负载转矩；J是转动惯量。
[0028]当采用i
d
＝0的矢量控制策略时，该电机的电磁转矩方程为：
[0029]λ
d
＝λ
d
ꢀꢀꢀ
(式10)
[0030]λ
q
＝L
q
i
q
ꢀꢀꢀ
(式11)
[0031][0032]其中，n
p
为极对数，L
md
为d轴的互感，i
df
为d轴等效磁化电流，i
q
为定子电流q轴分量。
[0033]本专利技术一个较佳实施例中，步骤S3中所述终端滑模面的获取方法包括如下步骤：
[0034]S31，选取线性滑模面，其形式为式13：
[0035]s＝λ1x1+λ2x2+
…
λ
n
x
n
ꢀꢀꢀ
(式13)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于新型趋近律的永磁同步电机非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：建立永磁同步电机的理想状态模型；S2：对永磁同步电机模型中的电磁转矩与负载转矩进行解耦；S3：在线性滑模面中引入终端吸引子，获得终端滑模面；S4：列出形式为式1的趋近律：其中k1＞0，k2＞0，a＞1，0＜b＜1，p＞q，且p和q为正奇数；根据滑模的存在条件，构建形式为式2的李雅普诺夫不等式：S5：将终端滑模面与新型趋近律结合，获取滑模控制器函数。2.根据权利要求1所述的基于新型趋近律的永磁同步电机非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，步骤S1中，对永磁同步电机做出以下假设：永磁体的磁动势固定不变；电机反电势为正弦形式；电机转子上不存在阻尼绕组；电机感应电动势和气隙磁场都是按正弦分布，且磁场无谐波；三相定子绕组在定子空间中呈对称分布，三相绕组中的各个电枢电阻均相等，三相绕组中的各电感相等；电机铁芯没有永磁饱和，电机中没有涡流损耗；电机周围环境温度对电机没有影响。3.根据权利要求2所述的基于新型趋近律的永磁同步电机非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，步骤S1中进一步假设i
d
＝0的控制方式，其在d
‑
q坐标系下永磁同步电机的模型为式3
‑
7：U
q
＝R
s
i
q
+λ
q
+ω
e
λ
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式3)U
d
＝R
s
i
d
+λ
d
+ω
e
λ
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式4)λ
q
＝L
q
i
q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式5)λ
d
＝L
d
i
d
+L
md
i
df
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式6)ω
e
＝n
p
ω
r
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式7)其中：i
d
为定子电流d轴分量，i
q
为定子电流q轴分量，U
d
为定子电压d轴分量，U
q
为定子电压q轴分量，R
s
为定子电阻，L
d
为定子d轴电感，L
q
分别为定子q轴电感，ω
e
为转子电角速度，ω
r
为转子机械角速度，λ
d
、λ
q
为d、q轴定子磁链，L
md
为d轴的互感，i
df
为d轴等效磁化电流，n
p
为极对数。4.根据权利要求3所述的基于新型趋近律的永磁同步电机非奇...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱其新，黄旭，金建锋，刘红俐，谢鸥，牛雪梅，许兵，张德义，
申请(专利权)人：苏州杰森电器有限公司，
类型：发明
国别省市：