[發(fā)明專利]一種無軸承同步磁阻電機(jī)二階滑模控制方法

在審

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• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107800342A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 刁小燕;朱熀秋
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/05;H02P25/098
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司32243
• 代理人: 王素琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種無軸承同步磁阻電機(jī)二階滑模控制方法，適用于無軸承同步磁阻電機(jī)的高性能非線性控制，屬于電氣傳動控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無軸承同步磁阻電機(jī)將磁軸承技術(shù)和傳統(tǒng)同步磁阻電機(jī)相結(jié)合，具有磁軸承高速、高精度、無潤滑、無摩擦、免維護(hù)等高性能驅(qū)動的特點(diǎn)。同時，由于轉(zhuǎn)子無永磁體和勵磁繞組，具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，損耗小，效率高，溫升低等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、高速驅(qū)動、超純凈醫(yī)藥化工、惡劣環(huán)境、高溫等特殊場合有著廣闊的應(yīng)用前景。

無軸承同步磁阻電機(jī)是一個多變量、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)。電機(jī)在懸浮運(yùn)行時，電磁轉(zhuǎn)矩和徑向懸浮力之間以及徑向懸浮力自身在二自由度存在相互耦合，必須采用有效的控制策略實(shí)現(xiàn)無軸承同步磁阻電機(jī)的非線性解耦控制。

國內(nèi)外眾多學(xué)者對此進(jìn)行了深入研究，一些先進(jìn)的控制策略也被應(yīng)用于無軸承同步磁阻電機(jī)系統(tǒng)中，如前饋補(bǔ)償器控制、逆系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆控制、支持向量機(jī)控制等。然而，基于上述控制策略的系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，難以在工程應(yīng)用中得到推廣。滑模控制作為一種非線性控制策略，對數(shù)學(xué)模型的精確度要求不高，對模型參數(shù)變化、負(fù)載擾動和未建模動態(tài)等不確定因素自適應(yīng)強(qiáng)，具有較強(qiáng)的魯棒性，物理實(shí)現(xiàn)簡單。因此這種方法得到了很多學(xué)者的關(guān)注。

專利申請?zhí)?01610722763.6，名稱為：一種基于新型趨近律的無軸承異步電機(jī)滑模控制方法，對速度進(jìn)行了滑模控制，針對的是無軸承異步電機(jī)。而本發(fā)明針對的是無軸承同步磁阻電機(jī)，利用傳統(tǒng)滑模控制和二階滑模控制相結(jié)合的方法，對轉(zhuǎn)速和位移進(jìn)行直接控制，有效地改善了無軸承同步磁阻電機(jī)的運(yùn)行品質(zhì)，增加了系統(tǒng)抗干擾性，減少抖振，控制策略簡單，便于工程實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種無軸承同步磁阻電機(jī)二階滑模控制方法，解決無軸承同步磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)在較大擾動下控制性能較差的問題，提高無軸承同步磁阻電機(jī)系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小超調(diào)，增強(qiáng)魯棒性，使整個控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

(1)建立無軸承同步磁阻電機(jī)的狀態(tài)方程，

(2)選取滑動變量，

(3)基于步驟(1)和步驟(2)，設(shè)計(jì)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(shù)。

(4)利用加冪積分技術(shù)和有限時間Lyapunov穩(wěn)定理論，證明控制律u₁、u₂和u₃在有限時間內(nèi)使三個滑動變量都穩(wěn)定到零。

(5)將控制律u₁用于轉(zhuǎn)速控制，二階滑模控制律u₂用于x軸徑向位移控制，二階滑模控制律u₃用于y軸徑向位移控制。三個控制律相結(jié)合，組成滑模控制器，實(shí)現(xiàn)對無軸承同步磁阻電機(jī)的非線性控制。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種無軸承同步磁阻電機(jī)的二階滑模控制方法。對具有5個狀態(tài)變量的非線性、強(qiáng)耦合的3輸入3輸出的無軸承同步磁阻電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行解耦控制比較困難，而根據(jù)二階滑模控制理論對轉(zhuǎn)速和位移進(jìn)行獨(dú)立控制，有效解決了無軸承同步磁阻電機(jī)內(nèi)部的耦合問題，并能獲得高性能的轉(zhuǎn)速、徑向位移控制以及穩(wěn)定的懸浮和運(yùn)轉(zhuǎn)性能。

(2)采用此二階滑模控制方法實(shí)現(xiàn)了無軸承同步磁阻電機(jī)的非線性直接控制，克服了逆系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆、支持向量機(jī)等控制算法的系統(tǒng)復(fù)雜和實(shí)現(xiàn)困難等缺陷。采用二階滑模控制方法的無軸承同步磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單，響應(yīng)速度快，超調(diào)小，有效削弱了系統(tǒng)抖振，且實(shí)現(xiàn)方便，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價值。

附圖說明

圖1是無軸承同步磁阻電機(jī)二階滑模控制器結(jié)構(gòu)圖。

圖2是無軸承同步磁阻電機(jī)復(fù)合被控對象及其等效圖。

圖3是無軸承同步磁阻電機(jī)二階滑模控制系統(tǒng)框圖。

圖4是以DSP為控制器的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)軟件流程圖，圖4(a)是主程序流程圖，圖4(b) 是中斷服務(wù)子程序流程圖。

圖5是無軸承同步磁阻電機(jī)二階滑模控制設(shè)計(jì)流程圖。