[發(fā)明專利]基于冪指數(shù)趨近率的無刷直流電機(jī)滑模變結(jié)構(gòu)控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810052766.2
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108233788A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭偉;高嚴(yán)凱;喬東東;李濤
• 申請（專利權(quán)）人: 南京信息工程大學(xué)
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P23/00
• 代理公司: 江蘇愛信律師事務(wù)所 32241
• 代理人: 毛啟程

1.一種基于冪指數(shù)趨近率的無刷直流電機(jī)滑模變結(jié)構(gòu)控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：采用下式(1)表示無刷直流電機(jī)中三相繞組的電壓平衡方程：

式(1)中，u_A、u_B、u_C分別為定子繞組相電壓；R為相電阻；i_A、i_B、i_C為與u_A、u_B、u_C一一對應(yīng)的定子繞組相電流；e_A、e_B、e_C為與u_A、u_B、u_C一一對應(yīng)的定子繞組電動勢；L為每相繞組自感；M為每兩相繞組間互感；p為微分算子；

所述無刷直流電機(jī)中定子繞組產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T_e采用下式(2)表示：

式(2)中，w為所述無刷直流電機(jī)的角速度；

由電磁感應(yīng)定律得到所述無刷直流電機(jī)繞組的動態(tài)方程如下式(3)所示：

e＝k_ew (3)

式(3)中，e為定子繞組各相反電動勢；k_e為反電動勢系數(shù)；為了產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，要求所述無刷直流電機(jī)中定子電流為方波，反電動勢為梯形波，且在每半個周期內(nèi)，方波電流的持續(xù)時間為120°電角度，梯形波反電動勢的平頂部分也為120°電角度，使得兩者應(yīng)嚴(yán)格同步；由于在任何時刻，定子只有兩相導(dǎo)通，則電磁轉(zhuǎn)矩式(2)變?yōu)椋?/p>

式(4)中，i為定子繞組各相電流；k_t為轉(zhuǎn)矩系數(shù)；

根據(jù)(1)式和(3)式得到：

式(5)中，u為電機(jī)繞組端電壓，R'為繞組電阻，L'為繞組電感，t為時間變量；

無刷直流電機(jī)的機(jī)械運動方程如下式(6)所示：

式(6)中，T_L為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，J為電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量，B為電動機(jī)阻尼系數(shù)；步驟2：滑模控制器的設(shè)計；定義所述無刷直流電機(jī)的速度跟蹤誤差如下式(7)所示：

e＝w_d-w (7)

式(7)中，e為速度跟蹤誤差，w_d為轉(zhuǎn)速給定值；

采用如下式(8)所示的積分滑模面s：

式(8)中，c為積分滑模面的積分系數(shù)；

對s求導(dǎo)得到下式(9)：

根據(jù)式(6)得到：

將冪次趨近律和指數(shù)趨近律相結(jié)合，得到如下式(11)所示的改進(jìn)型趨近律-冪指數(shù)趨近律：

式(11)中，是指數(shù)趨近項，其解為s＝s(0)e^-kt，其中k>0；常數(shù)β表示所述無刷直流電機(jī)的運動點趨近切換面s＝0的速率，且β>0；參數(shù)α表示次數(shù)項，且0<α<1；

根據(jù)式(9)、(10)和(11)得到如下式(12)所示的當(dāng)前時刻的滑模控制率：

式(12)中，飽和函數(shù)△為邊界層厚度，△>0；

步驟3：設(shè)置用于控制所述無刷直流電機(jī)的電流環(huán)和速度環(huán)，所述電流環(huán)比例積分控制，所述速度環(huán)為冪指數(shù)趨近率的滑模變結(jié)構(gòu)控制，其控制參數(shù)為步驟2計算所得的滑模控制率i；

步驟4：下一時刻，返回步驟2，重復(fù)進(jìn)行更新所述滑模控制率i的值，實現(xiàn)對無刷直流電動機(jī)的控制。