一种基于改进滑模控制器的永磁同步电机矢量控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进滑模控制器的永磁同步电机矢量控制方法，其利用系统接近滑模面时快速幂次趋近律趋近速度更快，系统远离滑模面时双幂次趋近律趋近速度更快的特点，提供一种改进的幂次趋近律，当系统接近滑模面时采用快速幂次趋近律，当系统远离滑模面时采用双幂次趋近律，从而达到缩短趋近律运动时间的目的，能够有效抑制系统抖动，提高抗负载扰动能力。能力。能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进滑模控制器的永磁同步电机矢量控制方法


[0001]本专利技术涉及电机控制方法，具体涉及一种基于改进滑模控制器的永磁同步电机矢量控制方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机主要采用PI控制方法，而PI控制总是以不变的模式和参数来解决不同场合下的动态过程，很难做到准确、快速、平稳。为此，人们陆续提出预测控制、模糊控制、滑模控制等控制方法，其中滑模控制因其无须系统在线辨识、物理实现简单、鲁棒性强、响应速度快等优点被广泛运用。但是，滑模控制的开关函数会使系统不连贯，从而导致抖振，进而影响系统的稳定性。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种基于改进滑模控制器的永磁同步电机矢量控制方法，能够缩短趋近律的运动时间，并在一定程度上解决系统接近滑模平面时发生抖振的问题，提高抗负载扰动能力。
[0004]技术方案：本专利技术所述的基于改进滑模控制器的永磁同步电机矢量控制方法，包括：
[0005](1)检测转子角速度ω
r
和转子角度θ；
[0006](2)采集三相静止坐标系下的三相电流信号i
a
、i
b
、i
c
和三相电压信号u
a
、u
b
、u
c
，经Clark变换，得到αβ坐标系下电流的实际值i
α
、i
β
和电压的实际值u
α
、u
β
；
[0007](3)将电流实际值i
α
、i
β
和电压实际值u
α
、u
β
输入高阶滑模观测器，得到电流观测值输入高阶滑模观测器，得到电流观测值和反电动势观测值构建以电流和反电动势为状态变量的全阶滑模观测器；
[0008](4)将反电动势观测值输入SOGI
‑
PLL二阶广义积分自适应滤波器中，滤除反电动势观测值中的谐波，并得到滤波后的角速度观测值和角度观测值
[0009](5)将滤波后的角度观测值分别进行Park变换和Park反变换，与转子角度检测值θ进行对比，根据对比结果对角度θ进行修正；
[0010](6)采用改进幂次趋近律的滑模转速控制器作为速度环，当系统接近滑模面时，采用快速幂次趋近律，当系统远离滑模面时，采用双幂次趋近律；以给定的转子角速度ω
r*
和转子角速度检测值ω
r
的差值做输入，获取q轴的参考电流
[0011](7)将角速度观测值输入滑模扰动观测器，得到扰动输出i
q1
；将扰动输出i
q1
与q轴的参考电流相结合，得到最终的q轴参考电流
[0012]进一步地，步骤(1)中，利用编码器检测永磁同步电机的转子角速度ω
r
和转子角度θ。
[0013]进一步地，步骤(2)中，所述Clark变换，包括：
[0014][0015][0016]进一步地，步骤(3)包括：
[0017](3.1)PMSM在αβ坐标系下以定子电流为状态变量的电压方程为：
[0018][0019]式(3)中，R
S
为定子电阻，L
S
为定子电感，e
α
为反电动势在α轴上的分量，e
β
为反电动势在β轴上的分量；
[0020](3.2)在式(3)的基础上增加以反电动势为状态变量的状态方程，得到PMSM在αβ轴下的全阶电流方程为：
[0021][0022](3.3)根据式(4)的全阶电流方程构建出以电流和反电动势为状态变量的全阶滑模观测器：
[0023][0024]式(5)中，为在α轴上的电流分量的观测值，为在β轴上的电流分量的观测值，
为反电动势在α轴上的分量的观测值，为反电动势在β轴上的分量的观测值，为角速度观测值，j和l为观测器增益，sigmoid为激活函数。
[0025]进一步地，步骤(4)包括：
[0026]在基于二阶广义积分器的自适应滤波器中，输入信号v经过增益k后与滤波器中心频率ω0相乘，随后进行积分操作；此时处理后的信号v
’
一方面反馈给输入信号v，形成一条负反馈路线；另一条经过积分操作后与滤波器中心频率ω0相乘，得到滞后输出信号90
°
的正交信号qv
’
，并将qv
’
反馈给k倍增益后的输入信号，形成另一条负反馈路线；通过这两条路线实现对信号的自适应滤波。
[0027]进一步地，步骤(4)还包括：
[0028]通过式(6)得到角度观测值
[0029][0030]式(6)中，t为观测时间。
[0031]进一步地，步骤(6)包括：
[0032](6.1)构建改进幂次趋近律模型：
[0033][0034]式(7)中，s为滑模面，表示对s的求导，d3为切换增益，tanh为双曲正切函数，为自适应系数，d2为函数增益，d2＞0；g为滑模面绝对值的幂次系数，sgn(
·
)为符号函数；d1为切换增益d3的增益系数，d1＞0；φ为切换增益d3的放大系数，0＜φ＜1；η为系统状态变量的指数放大系数，η＞0；|x|为系统状态变量；z＞1；
[0035](6.2)选取一般滑模面并对其求导得：
[0036][0037]式(8)中，表示对s的求导，x1、x2为永磁同步电机的速度跟踪误差，A为大于零的滑模切换增益；
[0038](6.3)定义PMSM速度跟踪误差为：
[0039][0040]式(9)中，为给定的速度参考值；
[0041](6.4)建立PMSM的动态方程：
[0042][0043]式(10)中，p为极对数，ψ
f
为永磁体磁链，J为能量密度，T
L
为负载转矩；i
q
为旋转坐标系下电流的实际值；
[0044](6.5)结合式(7)、(9)和(10)，得到q轴的参考电流
[0045][0046]本技术方案中，将改进幂次趋近律与采用的系统状态变量x相关联，在此基础上，用双曲正切函数代替了传统符号函数，使得系统接近滑模平面时的抖振降低，提高抗负载扰动能力。
[0047]进一步地，步骤(6.4)中，电流i
q
通过电流i
α
和i
β
Park变换得到，包括：
[0048][0049]式(12)中，θ
e
为电角度，i
d
和i
q
均为旋转坐标系下电流的实际值。
[0050]进一步地，步骤(6)还包括：
[0051](6.6)利用式(13)的李雅普诺夫函数，对改进幂次趋近律的滑模转速控制器的稳定性进行验证：
[0052][0053]对式(13)进行求导并结合式(7)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进滑模控制器的永磁同步电机矢量控制方法，其特征在于，包括：(1)检测转子角速度ω
r
和转子角度θ；(2)采集三相静止坐标系下的三相电流信号i
a
、i
b
、i
c
和三相电压信号u
a
、u
b
、u
c
，经Clark变换，得到αβ坐标系下电流的实际值i
α
、i
β
和电压的实际值u
α
、u
β
；(3)将电流实际值i
α
、i
β
和电压实际值u
α
、u
β
输入高阶滑模观测器，得到电流观测值输入高阶滑模观测器，得到电流观测值和反电动势观测值构建以电流和反电动势为状态变量的全阶滑模观测器；(4)将反电动势观测值输入SOGI
‑
PLL二阶广义积分自适应滤波器中，滤除反电动势观测值中的谐波，并得到滤波后的角速度观测值和角度观测值(5)将滤波后的角度观测值分别进行Park变换和Park反变换，与转子角度检测值θ进行对比，根据对比结果对角度θ进行修正；(6)采用改进幂次趋近律的滑模转速控制器作为速度环，当系统接近滑模面时，采用快速幂次趋近律，当系统远离滑模面时，采用双幂次趋近律；以给定的转子角速度ω
r*
和转子角速度检测值ω
r
的差值做输入，获取q轴的参考电流(7)将角速度观测值输入滑模扰动观测器，得到扰动输出i
q1
；将扰动输出i
q1
与q轴的参考电流相结合，得到最终的q轴参考电流2.根据权利要求1所述的永磁同步电机矢量控制方法，其特征在于，步骤(1)中，利用编码器检测永磁同步电机的转子角速度ω
r
和转子角度θ。3.根据权利要求1所述的永磁同步电机矢量控制方法，其特征在于，步骤(2)中，所述Clark变换，包括：Clark变换，包括：4.根据权利要求1所述的永磁同步电机矢量控制方法，其特征在于，步骤(3)包括：(3.1)PMSM在αβ坐标系下以定子电流为状态变量的电压方程为：式(3)中，R
S
为定子电阻，L
S
为定子电感，e
α
为反电动势在α轴上的分量，e
β
为反电动势在β轴上的分量；(3.2)在式(3)的基础上增加以反电动势为状态变量的状态方程，得到PMSM在αβ轴下的
全阶电流方程为：(3.3)根据式(4)的全阶电流方程构建出以电流和反电动势为状态变量的全阶滑模观测器：式(5)中，为在α轴上的电流分量的观测值，为在β轴上的电流分量的观测值，为反电动势在α轴上的分量的观测值，为反电动势在β轴上的分量的观测值，为角速度观测值，j和l为观测器增益，sigmoid为激活函数。5.根据权利要求4所述的永磁同步电机矢量控制方法，其特征在于，步骤(4)包括：在基于二阶广义积分器的自适应滤波器中，输入信号v经过增益k后与滤波器中心频率ω0相乘，随后进行积分操作；此时处理后的信号v

【专利技术属性】
技术研发人员：张秋虎，丁祖军，曾琪，孙闰，张涛，叶小婷，武莎莎，张晨，鲁庆，莫丽红，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：