基于新型滑膜趋近律的滑模速度控制器构建方法技术

本发明专利技术涉及电机技术领域，本发明专利技术提供一种基于新型滑膜趋近律的滑模速度控制器构建方法，其包括步骤：定义电机的状态变量和滑膜面；基于坐标变换原理进行解耦计算，得到d

【技术实现步骤摘要】
基于新型滑膜趋近律的滑模速度控制器构建方法


[0001]本专利技术涉及电机
，特别涉及一种基于新型滑膜趋近律的滑模速度控制器构建方法。

技术介绍

[0002]随着众多高新技术和高新技术产业的发展，永磁同步电机因其具有功率密度高、效率高、调速范围大、体积小重量轻等特点被广泛应用于工业领域。随着永磁同步电机在军事、工业等领域的应用更加广泛，在电动汽车、船舶推进、航空航天等一些可靠性要求较高的应用场合，稳定可靠的电机控制系统尤为重要。由于永磁同步电机是一个多变量、强耦合、非线性、变参数的复杂控制对象，如果采用常规PID控制，电机在运行中受到负载扰动和外部扰动时，可能会因系统鲁棒性不强而导致电机控制系统可靠性降低，这在船舶推进领域因其作业时的复杂工况显得尤为突出。滑模变结构控制以其响应速度快、鲁棒性强等特点成为了提升永磁同步电机性能的一种重要控制方法，但由于滑模控制自身特性的影响，存在抖振现象无法完全消除，只能在一定程度上削弱到合适的范围。
[0003]当今船舶领域绿色能源动力推进成为发展趋势，在绿色船舶电力系统中，推进电机及其控制系统的重要性不言而喻。为了使船舶推进系统良好应对作业时的复杂工况，为了使推进系统满足抗负载扰动能力强、动态响应好并且运行转速平稳的高性能要求，如何实现降低船舶运行速度波动、减小复杂工况下转矩恢复时间，使船舶更好的应对在航行中因风浪而导致的诸多复杂工况是本领域技术人员长久以来需要解决的技术难题之一。
[0004]需要说明的是，公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术的难题，本专利技术提出了一种基于新型滑膜趋近律的滑模速度控制器构建方法，在常规指数趋近律的等速项a
·
sign(s)中加入电机的转速偏差量的平方，将控制系统状态运动点的趋近速度与偏差量联系起来，使系统状态点在远离与趋近滑膜面时分别得到加速与减速的效果。即，当控制系统状态运动点远离滑模面的时候，偏差量的平方较大且大于偏差量本身，这时候控制系统状态运动点在放大的等速项和指数项二者的结合下加速趋向滑模面；当控制系统状态运动点逼近滑模切换面时，指数项持续减小并逐渐失效，而等速项的存在则使控制系统状态运动点持续减速并进入滑模切换面，由于偏差量的平方的持续减小削弱了等速项的趋近幅度，使控制系统状态运动点的速度逐渐衰减。借此极大地提高了系统的初始响应速度，在趋近于稳定时转速偏差量的平方极小，故而削弱了抖振现象。
[0006]本专利技术的一实施例提供一种基于新型滑膜趋近律的滑模速度控制器构建方法，其包括下列步骤：首先，定义电机的状态变量和滑膜面；基于坐标变换原理进行解耦计算，得
到d
‑
q坐标系下电机的转矩方程和电机的运动方程；结合电机的运动方程与电机的转矩方程，得到滑膜面导数；在指数趋近律的等速项中引入电机的转速偏差量的平方；采用线性连续饱和函数替代滑模速度控制器中的符号函数，使得控制作用在边界层内部变为连续控制，使新型滑膜趋近律中的等速项变为连续函数，完成构建新型滑膜趋近律；基于滑膜面导数、新型滑膜趋近律、电机的运动方程及电机的转矩方程，得到滑膜速度控制器的q轴参考电流。
[0007]进一步的，定义电机的状态变量为：
[0008][0009]其中，ω
ref
为三相电机给定转速，ω
m
为电机实际转速。
[0010]进一步的，滑膜速度控制器的滑膜面为：
[0011]s＝cx1+x2[0012]其中，c为滑膜面的待定参数，c>0；
[0013]对滑膜面进行求导，得到如下公式：
[0014][0015]进一步的，电机的转矩方程为：
[0016]T
e
＝1.5P
n
[φ
f
i
q
+(L
d
‑
L
q
)i
d
i
q
][0017]其中，T
e
为电机电磁转矩，P
n
为电机极对数，φ
f
为永磁体磁链，i
d
和i
q
分别为d轴和q轴上的电流分量，L
d
和L
q
分别为d轴和q轴上的电感；
[0018]在永磁同步电机中存在L
d
＝L
q
＝L，则d
‑
q坐标系下电机的转矩方程变化为：
[0019]T
e
＝1.5P
n
φ
f
i
q
[0020]电机的运动方程为：
[0021][0022]其中，T
L
为负载转矩，J为电机转动惯量，B为阻尼系数，ω为机械角频率。进一步的，结合电机的运动方程与电机的转矩方程，得到的滑膜面导数为：
[0023]进一步的，滑膜速度控制器中的常规指数趋近律为：
[0024][0025]其中，a为趋近律参数，b为趋近系数，a和b均大于0，sgn(s)为参数是s的符号函数；
[0026]在指数趋近律的等速项asign(s)中引入电机的转速偏差量的平方，得到如下公式：
[0027][0028]其中，x2是电机的转速偏差量的平方。
[0029]进一步的，完成构建新型滑膜趋近律如下：
[0030][0031]其中，δ为常数值。
[0032]进一步的，q轴参考电流的公式为：
[0033]本专利技术一实施例提供的一种基于新型滑膜趋近律的滑模速度控制器构建方法，在常规指数趋近律的等速项中加入电机的转速偏差量的平方，将控制系统状态运动点的趋近速度与偏差量联系起来，使系统状态点在远离与趋近滑膜面时分别得到加速与减速的效果。即，当控制系统状态运动点远离滑模面的时候，偏差量的平方较大且大于偏差量本身，这时候控制系统状态运动点在放大的等速项和指数项二者的结合下加速趋向滑模面；当控制系统状态运动点逼近滑模切换面时，指数项持续减小并逐渐失效，而等速项的存在则使控制系统状态运动点持续减速并进入滑模切换面，由于偏差量的平方的持续减小削弱了等速项的趋近幅度，使控制系统状态运动点的速度逐渐衰减。借此极大地提高了系统的初始响应速度，在趋近于稳定时转速偏差量的平方极小，故而削弱了抖振现象，提高电机抗负载扰动能力与系统鲁棒性，最终实现降低船舶运行速度波动、减小复杂工况下转矩恢复时间的目的，使船舶更好的应对诸多复杂工况。
[0034]此外，为进一步减弱高频抖振对系统带来的不利影响，本专利技术采用线性连续饱和函数来替代控制器中的符号函数，使得控制作用在边界层内部变为连续控制。饱和函数f(x)为连续函数，用f(x)来代替符号函数，使改进后的滑膜趋近律中的等速项变为连续函数，控制作用在边界层内部变为连续控制，以进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于新型滑膜趋近律的滑模速度控制器构建方法，其特征在于：所述基于新型滑膜趋近律的滑模速度控制器构建方法包括下列步骤：定义电机的状态变量和滑膜面；基于坐标变换原理进行解耦计算，得到d
‑
q坐标系下电机的转矩方程和电机的运动方程；结合所述电机的运动方程与所述电机的转矩方程，得到滑膜面导数；在指数趋近律的等速项中引入电机的转速偏差量的平方；采用线性连续饱和函数替代滑模速度控制器中的符号函数，使得控制作用在边界层内部变为连续控制，使新型滑膜趋近律中的等速项变为连续函数，完成构建新型滑膜趋近律；基于所述滑膜面导数、所述新型滑膜趋近律、所述电机的运动方程及所述电机的转矩方程，得到所述滑膜速度控制器的q轴参考电流。2.根据权利要求1所述的基于新型滑膜趋近律的滑模速度控制器构建方法，其特征在于：所述定义电机的状态变量为：其中，ω
ref
为三相电机给定转速，ω
m
为电机实际转速。3.根据权利要求2所述的基于新型滑膜趋近律的滑模速度控制器构建方法，其特征在于：所述滑膜速度控制器的滑膜面为：s＝cx1+x2其中，c为所述滑膜面的待定参数，c>0；对所述滑膜面进行求导，得到如下公式：4.根据权利要求3所述的基于新型滑膜趋近律的滑模速度控制器构建方法，其特征在于：所述电机的转矩方程为：T
e
＝1.5P
n
[φ
f
i
q
+(L
d
‑
L
q
)i
d
i
q
]其中，T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：程鹏，李昊，潘韬，徐智禹，胡涛，李大鹏，肖培轩，任艺格，夏宝龙，秦林，张洪恩，张传敏，朴帅，
申请(专利权)人：嘉庚创新实验室，
类型：发明
国别省市：