[發明專利]一種無軸承同步磁阻電機二階滑模控制方法

在審

• 申請號: 201711043811.X
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107800342A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 刁小燕;朱熀秋
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/05;H02P25/098
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司32243
• 代理人: 王素琴

1.一種無軸承同步磁阻電機二階滑模控制方法，其特征在于將傳統一階滑模的方法運用于轉速控制，使無軸承同步磁阻電機的轉速在有限時間內達到預定轉速并平穩運行，x軸、y軸徑向位移控制均運用二階滑模控制方法，使x軸與y軸徑向位移在有限時間內均收斂到零；將此一階滑模轉速控制和兩個二階滑模位移控制共同組成滑模控制器，直接控制無軸承同步磁阻電機非線性系統。

2.根據權利要求1所述的無軸承同步磁阻電機二階滑模控制方法，其特征在于：

將無軸承同步磁阻電機系統中的Park逆變換、Clark逆變換及CRPWM逆變器組合成擴展的電流滯環逆變電路，與無軸承同步磁阻電機轉矩子系統和懸浮力子系統共同構成無軸承同步磁阻電機復合被控對象。轉矩子系統采用恒定勵磁電流的矢量控制方法，即轉矩繞組勵磁電流分量i_d為恒值，通過調整電流分量i_q來調整電磁轉矩。

建立無軸承同步磁阻電機復合被控對象的數學模型。設狀態變量為x＝[x₁ x₂ x₃ x₄x₅]^T＝[x y x y ω]^T，系統輸入為u＝[u₁ u₂ u₃]^T＝[i_q i_x i_y]^T，系統輸出為y＝[y₁ y₂ y₃]^T＝[x y ω]^T，則無軸承同步磁阻電機復合被控對象的數學模型用狀態方程的形式可表示為如下：

式中，m是轉子質量，K_m1、K_m2、k_s均是與電機結構相關的系數，i_d是轉矩繞組電流d軸分量(轉矩繞組采用矢量控制技術，勵磁電流i_d恒定)，P_M是轉矩繞組極對數，J是轉子轉動慣量，L_d是電機d軸電感，L_q是電機q軸電感，T_L是負載轉矩，F_zx和F_zy分別為沿x軸和y軸方向上的外施徑向力(F_zy包含重力)。

3.根據權利要求1所述的無軸承同步磁阻電機二階滑模控制方法，其特征在于：

S1，選取滑動變量為：

其中x_1d、x_2d和x_5d分別為無軸承同步磁阻電機的狀態變量x₁、x₂的預期給定位移和狀態變量x₅的預期給定轉速。

結合權利要求2和所選取的滑動變量可以得到二階滑模動力學方程，如下：

令則二階滑模動力學方程可改寫為

S2，由S1，設計出滑模控制律u₁、u₂和u₃，分別為

式中，β₂₁>0，β₂₂>0，β₁>0，β₂>0均為待選取的控制器增益，sign(·)為符號函數。

S3，利用加冪積分技術和有限時間Lyapunov穩定理論，證明控制律u₁、u₂和u₃在有限時間內能使選取的滑動變量s₁、s₂、s₃穩定到零。

4.根據權利要求3，將滑模控制律u₁用于轉速控制，將二階滑模控制律u₂用于x軸徑向位移控制，將二階滑模控制律u₃用于y軸徑向位移控制，實現對無軸承同步磁阻電機的非線性控制。