[發明專利]一種圓筒容錯永磁直線電機系統的新型滑模控制方法

有效

• 申請號: 201710007357.6
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106849790B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 周華偉;于曉東;劉國海;陳龍
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/13;H02P21/22;H02P25/064;H02P27/08
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本發明公開了一種不匹配受擾圓筒容錯永磁直線電機系統的新型滑模控制方法，五相圓筒容錯永磁直線電機的結構特性分析；建立基于不匹配干擾d₁(t)和匹配干擾d₂(t)的五相圓筒容錯永磁直線電機二階數學模型；設計系統新型滑模面σ，求得滑模面σ的導數求出基于不匹配干擾觀測器的新型滑模控制律將所得的滑模控制律和由PI電流調節器輸出的d軸電壓給定值x軸電壓給定值以及y軸電壓給定值經電壓源逆變器，采用CPWM調制方法實現不匹配受擾圓筒容錯永磁直線電機系統的高控制性能運行。采用本發明的新型SMC策略能使電機速度快速跟隨且無超調、無穩態誤差，同時該策略有效抑制了滑模抖振，對系統不匹配干擾具有很強的魯棒性。

技術領域

本發明涉及一種永磁同步電機滑模控制方法，特別是不匹配受擾圓筒容錯永磁直線電機系統的滑模控制方法。適用于航空航天、艦船推進、電動汽車等對電機的可靠性和動態性能有較高要求的場合。

背景技術

隨著社會的發展以及人們生活水平的提高，對汽車駕乘的舒適性和安全穩定性要求越來越高。作為現代汽車的重要組成部分，懸架系統性能對汽車行駛平順性和操作穩定性等有著極其重要的影響，因此主動懸架系統的研究受到業內高度重視。作為主動電磁懸架系統的核心部件，圓筒直線電機研究受到重視。電機參數攝動和外部不確定性擾動嚴重影響電機系統性能，從而決定著電磁懸架的可靠性和動態性能。

目前，永磁同步電機矢量控制系統通常采用速度外環和電流內環的雙閉環控制系統，且控制器均采用傳統的PI控制器。盡管PI控制器具有算法簡單，可靠性高以及參數整定方便等優點，但是，由于受到電機參數變化或外界不確定因素的影響，常規PI控制器不能得到滿意的調速性能，同時系統的魯棒性也不夠理想。因此一些現代控制理論被成功地應用于永磁同步電機控制系統中，如神經網絡控制，滑模控制(SMC)，模糊控制，自適應控制等。其中，SMC以其自身概念的簡單性和對系統干擾極強的魯棒性而成為研究的熱點。然而，現有的大多數SMC策略都是在干擾匹配的條件下提出的。傳統SMC策略對滿足匹配條件的干擾(即干擾作為輸入的一部分參與控制策略)具有強的魯棒性，但當干擾不滿足匹配條件(即系統的控制信號與系統干擾分別作用在不同的通道)時，系統的魯棒性就不再存在，系統狀態不能實現跟隨。Riccati方法和線性矩陣不等式解方法僅能消除具有H₂范數收斂條件的不匹配干擾，對于其他類型的不匹配干擾并不起作用。積分SMC策略雖然能夠消除不匹配干擾的影響，卻存在超調大、系統響應時間長以及抖振大的問題。

發明內容

針對現有電機滑模控制技術的不足，根據圓筒容錯永磁直線電機的特性和現有技術中存在的問題，本發明目的是克服電磁懸架用五相圓筒容錯永磁直線電機系統存在不匹配干擾嚴重降低電機性能這一問題，提出一種用于本發明的不匹配受擾圓筒容錯永磁直線電機系統的新型SMC方法，實現了電機速度快速跟隨且無超調、無穩態誤差，實現了滑模抖振的有效抑制，對系統不匹配干擾具有很強的魯棒性，新型滑模控制器只有一個調節器，避免了速度環和電流環之間的耦合，且參數少，參數整定簡單易行，進而提高本發明的不匹配受擾圓筒容錯永磁直線電機系統的動態性能和可靠性。

本發明用于不匹配受擾圓筒容錯永磁直線電機系統的新型SMC方法采用如下技術方案：

一種不匹配受擾圓筒容錯永磁直線電機系統的新型滑模控制方法，包括以下步驟：

步驟1，五相圓筒容錯永磁直線電機的結構特性分析；

步驟2，建立基于不匹配干擾d₁(t)和匹配干擾d₂(t)的五相圓筒容錯永磁直線電機二階數學模型；

步驟3，根據步驟2定義的系統狀態變量x₁、x₂和不匹配干擾d₁(t)，設計不匹配干擾觀測器觀測電機系統的不匹配干擾d₁(t)；