[發明專利]一種基于雙滑模控制的永磁同步電主軸直接轉矩調速系統及方法

在審

• 申請號: 201811114908.X
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109412491A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 單文桃;李永俊;張健榮
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P23/30;H02P25/022
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 高姍

1.一種基于雙滑模控制的永磁同步電主軸直接轉矩調速系統，其特征在于：包括主電路、控制電路、信號檢測電路；

所述主電路包括逆變器和永磁同步電主軸；

所述控制電路包括轉速環調節器、滑模控制器、坐標變換模塊、SVPWM模塊、定子磁鏈電磁轉矩估計模塊、轉子位置速度估計模塊；

所述信號檢測電路包括傳感器；

所述傳感器輸入端與逆變器和永磁同步電主軸相連，傳感器輸出端與定子磁鏈電磁轉矩估計模塊輸入端相連，定子磁鏈電磁轉矩估計模塊輸出端與滑模控制器輸入端相連；轉子位置速度估計模塊輸入端與永磁同步電主軸相連，永磁同步電主軸輸出端與轉速環調節器輸入端相連，轉速環調節器輸出端與滑模控制器輸入端相連；滑模控制器輸出端與坐標變換模塊輸入端相連，坐標變換模塊輸出端與SVPWM模塊輸入端相連，SVPWM模塊輸出端與逆變器相連。

2.如權利要求1所述的一種基于雙滑模控制的永磁同步電主軸直接轉矩調速系統，其特征在于：所述滑模控制器為雙滑模控制器。

3.如權利要求2所述的一種基于雙滑模控制的永磁同步電主軸直接轉矩調速系統，其特征在于，所述轉速環調節器為PI調節器，PI調節器設于轉速環，根據轉速誤差自動調制控制器參數。

4.如權利要求3所述的一種基于雙滑模控制的永磁同步電主軸直接轉矩調速系統，其特征在于，所述雙滑模控制器轉矩滑模控制器和磁鏈滑模控制器，轉矩滑模控制器根據PI調節器輸出實際轉矩和轉矩估計值的差值作為輸入值，磁鏈滑模控制器根據實際磁鏈和磁鏈估計值的差值作為輸入值，雙滑模控制器輸出直軸定子電壓u^*_d和交軸定子電壓u^*_q。

5.如權利要求4所述的一種基于雙滑模控制的永磁同步電主軸直接轉矩調速系統，其特征在于，永磁同步電主軸數學建模如下：

α、β兩相靜止坐標系下永磁同步電主軸的電壓方程為：

其中，u_α、u_β為α、β靜止坐標下的定子電壓，i_α、i_β為α、β靜止坐標下的定子電流，R為定子電阻，ω_e為轉子角速度，為永磁體磁鏈；

α、β兩相靜止坐標系下永磁同步電主軸的磁鏈方程為：

α、β兩相靜止坐標系下永磁同步電主軸的電磁轉矩方程為：

式中：p_n為永磁同步電主軸的極對數；

滑模控制器建模如下：

定義切換函數：S＝[S₁ S₂]^T

式中：T^*為給定的轉矩，ψ^*為給定的磁鏈平方，T為實際計算出的轉矩，ψ為實際計算出的磁鏈平方；

將切換函數S對時間求導，可得：

結合公式(2)、(3)、(4)、(5)可得矩陣方程：

式中：X，Y為系數矩陣，Z為控制律矩陣，且X＝[X₁ X₂]^T，其中：

設計滑模控制律為

6.如權利要求1所述的一種基于雙滑模控制的永磁同步電主軸直接轉矩調速方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、根據永磁同步電主軸的實際轉速與給定轉速的差值作為PI調節器的給定值，計算出電主軸的轉矩；

S2、根據在定子坐標系下觀測電主軸的磁鏈和轉矩，并把觀測值分別與PI調節器計算出的轉矩和給定的磁鏈進行比較，差值經過雙滑模控制器，得到直軸定子電壓u^*_d和交軸定子電壓u^*_q；

S3、直軸定子電壓u^*_d和交軸定子電壓u^*_q經過坐標變換得到電壓u_α^*和電壓u_β^*；

S4、根據電壓u_α^*和電壓u_β^*經過SVPWM變換，作用在主電路逆變器上的功率開關器件，對永磁同步電主軸的直接轉矩控制。