【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及永磁同步电机控制，尤其涉及一种基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法及系统。
技术介绍
1、永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，简称为pmsm)由于其结构简单、重量轻、体积小、运行可靠、散热良好、易于人工维护、传输效率高等优点，已广泛应用于高精度数控机床、机器人、航空航天等领域。由于电机模型的非线性，参数失配和转矩脉动减低了伺服控制系统的跟踪精度和稳定性。同时，常规的控制方法(pi控制)易受到外部干扰和内部参数不确定性的影响，从而使控制系统偏离其期望目标。
2、传统滑模控制(sliding mode control，简称为smc)理论存在以下缺陷：首先传统滑模控制需要精确选取滑模面，但很多实际问题中系统模型往往无法准确获得，导致滑模面的精确选取困难。其次传统滑模控制需要保证滑模面的耗散，即滑模面上的状态变量会趋向于零。然而，当系统扰动和噪声存在时，滑模面可能会受到干扰，导致滑模面上的状态变量无法趋向于零，从而影响控制效果。并且传统滑模控制器容易出现高频抖动现象，这是由于滑模面的高频振荡引起的。最后传统滑模控制器参数的确定需要依赖于系统的特性参数，而这些参数往往难以准确测量。
3、因此，亟需一种更加高效、稳定的控制方法来优化永磁同步电机系统的动态控制性能。
技术实现思路
1、为此，本专利技术实施例提供了一种基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法及系统，用于解决现有技术中传统滑模控制需要精确选
2、为了解决上述问题，本专利技术实施例提供一种基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法，所述方法包括：
3、s1：构建永磁同步电机的数学模型；
4、s2：基于所述永磁同步电机的数学模型，采用新趋近律设计新趋近律滑模转速环控制器，基于高阶滑模控制理论对超螺旋算法进行改进，利用改进后的超螺旋算法设计基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制器；
5、s3：构建包括所述新趋近律滑模转速环控制器和所述基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制器的永磁同步电机控制系统；
6、s4：利用所述新趋近律滑模转速环控制器和所述基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制器，实现对永磁同步电机控制系统的稳定控制。
7、优选地，所述构建永磁同步电机的数学模型的方法，具体包括：
8、在d-q旋转坐标系中的定子电流方程表示为：
9、
10、式中，ud,uq和id,iq分别代表d轴和q轴的电压和电流；r代表定子电阻；ls代表定子电感；ωe分别代表电角速度；ψf代表转子磁链；
11、根据转矩方程和机械运动方程，得到永磁同步电机的数学模型：
12、
13、式中，pn是电机的极数；j代表转动惯量；tl表示负载转矩；ωm表示角速度。
14、优选地，采用id＝0的转子磁场定向控制方法，对所述永磁同步电机的数学模型进行变换，具体包括：
15、为了获得较好的控制效果，采用id＝0的转子磁场定向控制方法对所述永磁同步电机的数学模型进行变换，得到：
16、
17、式中，uq和iq分别代表q轴的电压和电流；r代表定子电阻；ωm表示角速度；ψf代表转子磁链；pn是电机的极数；j代表转动惯量；tl表示负载转矩。
18、优选地，所述新趋近律表示如下：
19、
20、式中，s表示滑模面函数；q,ε,h,b均为设定的参数；x1表示电流环控制的输入；sgn(·)表示符号函数；arcsin(·)表示反双曲正弦函数。
21、优选地，所述符号函数sgn(ε)改为：
22、
23、式中，s表示滑模面函数；σ表示需设定的参数。
24、优选地，所述新趋近律滑模转速环控制器的数学表达式为：
25、
26、式中，u表示转速环控制器的电压；pn是电机的极数；j代表转动惯量；c表示需设定的参数。
27、优选地，所述基于高阶滑模控制理论对超螺旋算法进行改进的方法，具体包括：
28、基于超螺旋算法的二阶滑模控制的表达式为：
29、
30、式中，表示电流环控制器的输出；kp,km,r表示带设定参数；ex表示实际电流与参考电流的误差；y表示控制器的输入；sgn(·)表示符号函数；
31、为改进超螺旋算法，通过加入比例项和积分项，并把符号函数sgn改为双曲正弦函数tanh，改进后的表达式为：
32、
33、式中，m,n表示待设定的参数。优选地，基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制器的数学表达式为：
34、
35、式中，分别代表d轴和q轴的共轭速度；sq,sd分别代表d轴和q轴的电流滑模面；id,iq分别代表d轴和q轴的电流；ld和lq代表d轴和q轴电感；ψf代表转子磁链；ωe代表电角速度；其中r＝0.5，且满足以下条件：
36、优选地，所述d轴和q轴的电流滑模面sq,sd定义为：
37、
38、式中，id,iq分别代表d轴和q轴的电流；分别代表d轴和q轴的共轭电流。
39、本专利技术实施例还提供了一种基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制系统，所述系统用于实现上述所述的基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法，具体包括：
40、永磁同步电机的数学模型构建模块，用于构建永磁同步电机的数学模型；
41、转速环控制器和电流环控制器设计模块，用于基于所述永磁同步电机的数学模型，采用新趋近律设计新趋近律滑模转速环控制器，基于高阶滑模控制理论对超螺旋算法进行改进，利用改进后的超螺旋算法设计基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制器；
42、永磁同步电机控制系统构建模块，用于构建包括所述新趋近律滑模转速环控制器和所述基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制器的永磁同步电机控制系统；
43、系统控制模块，用于利用所述新趋近律滑模转速环控制器和所述基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制器，实现对永磁同步电机控制系统的稳定控制。
44、从以上技术方案可以看出，本专利技术申请具有以下优点：
45、本专利技术实施例提供了一种基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法及系统，本专利技术基于构建永磁同步电机的数学模型，采用新趋近律设计新趋近律滑模转速环控制器，基于高阶滑模控制理论对超螺旋算法进行改进，利用改进后的超螺旋算法设计基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制器。本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法，其特征在于，所述构建永磁同步电机的数学模型的方法，具体包括：
3.根据权利要求2所述的基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法，其特征在于，采用id＝0的转子磁场定向控制方法，对所述永磁同步电机的数学模型进行变换，具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法，其特征在于，所述新趋近律表示如下：
5.根据权利要求4所述的基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法，其特征在于，所述符号函数sgn(s)改为：
6.根据权利要求5所述的基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法，其特征在于，所述新趋近律滑模转速环控制器的数学表达式为：
7.根据权利要求1所述的基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法，其特征在于，所述基于高阶滑模控制理论对超螺旋算法进行改进的方法，具体包括：
8.根据权利要求7所述的基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流
9.根据权利要求8所述的基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法，其特征在于，所述d轴和q轴的电流滑模面sq,sd定义为：
10.一种基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制系统，其特征在于，所述系统用于实现权利要求1至9所述的基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法，其特征在于，所述构建永磁同步电机的数学模型的方法，具体包括：
3.根据权利要求2所述的基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法，其特征在于，采用id＝0的转子磁场定向控制方法，对所述永磁同步电机的数学模型进行变换，具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法，其特征在于，所述新趋近律表示如下：
5.根据权利要求4所述的基于改进超螺旋算法的二阶滑模电流环控制方法，其特征在于，所述符号函数sgn(s)改为：
6.根据权利要求5所述的基于改进超螺旋算法的二阶...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱其新，陆园，王之琦，蒋延标，刘红俐，蒋全胜，沈晔湖，谢鸥，牛雪梅，牛福洲，陈浩，许兵，张德义，付贵忠，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：
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