[發明專利]改進指數趨近律的永磁同步電機模糊滑模控制系統及方法

在審

• 申請號: 201910259384.1
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN109951122A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 王琳;張旭秀
• 申請（專利權）人: 大連交通大學
• 主分類號: H02P21/05
• 分類號: H02P21/05;H02P21/00;H02P6/10
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 王樹本

本發明涉及交流電機傳動技術領域，一種改進指數趨近律的永磁同步電機模糊滑模控制系統及方法，其中方法包括以下步驟：(1)計算速度偏差，(2)計算滑模切換函數s(t)，(3)s歸一化處理，(4)s模糊化處理，(5)查模糊規則表，(6)k反模糊化，(7)計算FSMC的輸出。本發明方法采用基于指數趨近律的積分型滑模變結構控制，改進的指數趨近律是往等速項中引入誤差的平方變量，將控制系統狀態運動點的趨近速度與誤差聯系起來，使控制系統狀態運動點的抖振呈衰減走勢。具有減小輸出的抖振、魯棒性強、響應快速、穩定性好等特點。

技術領域

本發明涉及一種改進指數趨近律的永磁同步電機模糊滑模控制系統及方法， 屬于交流電機傳動技術領域。

背景技術

加快發展智能化制造裝備和產品，組織研究高檔數控機床、工業機器人等智 能化裝備和生產線，以及創新改進伺服電機及驅動器等智能核心化裝置中，電動 機是電能和機械能轉換的媒介，在工業制造中發揮著極其重要的作用，同時作為 驅動電動機的伺服控制器也有著舉足輕重的地位。

在中小型容量的伺服控制系統中，廣泛使用永磁同步電機(Permanent MagnetSynchronous Motor，PMSM)作為被控對象，原因在于其物理結構簡單、安裝所 需空間較小、轉矩脈動低和工作效率高等優點。自上世紀80年代以來的三十幾年 間，控制理論、微處理器技術、電力電子技術和傳感器技術都呈現出飛越式的發 展，同時對永磁同步電機控制方法的研究也不斷涌現新的科研成果，交流控制系 統的起動、運行性能指標也日漸超越直流控制系統。電機驅動系統中“以交流伺 服替代直流伺服”的目標正逐步得以實現，永磁同步電機控制系統正向著全數字 化和高智能化的未來迅猛前進。

永磁同步電機系統自身就有著復雜性、非線性等多種不利因素，這對控制系 統的運算處理性能有著較高要求。應用在永磁同步電機的控制策略主要包括：傳 統控制策略(如PID控制、矢量控制、直接轉矩控制等)、基于現代控制理論的控 制策略(如：自適應控制、變結構控制、魯棒控制等)、基于智能控制思想的控制 策略(模糊控制、神經網絡控制、專家控制、遺傳算法等)。滑模變結構控制(SMC) 在魯棒性、響應速度以及算法實現方面均具有一定優勢，但運行時存在抖振現象， 需要加以改進。

發明內容

為了克服現有技術中存在的不足，本發明目的是提供一種改進指數趨近律的 永磁同步電機模糊滑模控制系統及方法。該方法能夠有效提高永磁同步電機控制 器的魯棒性、穩定性和快速性，并且很好地減輕輸出的抖振，具有方法實現簡單 的特點。

為了實現上述發明目的，解決己有技術中存在的問題，本發明采取的技術方 案是：一種改進指數趨近律的永磁同步電機模糊滑模控制方法，包括以下步驟：

步驟1、計算速度偏差，首先將控制系統中的永磁同步電機的期望速度N*與 永磁同步電機采樣的實際速度N進行比較，計算永磁同步電機轉速偏差量x₁＝ N*-N；

步驟2、計算滑模切換函數s(t)，采用基于改進指數趨近律的積分型滑模變結 構控制，改進的指數趨近律是往等速項中引入誤差的平方變量，將控制系統狀態 運動點的趨近速度與誤差聯系起來，使控制系統狀態運動點的抖振呈衰減走勢， 控制系統狀態運動點是以恒速趨向滑模切換面，當s(t)＝0時，由于控制系統狀態 運動點自身慣性會沖出滑模切換面，強迫拉回后，繼續重復原來的動作，造成來 回切換的抖振現象；趨近率的原理是從控制系統狀態運動點的實際狀態出發，當 控制系統狀態運動點距離滑模切換面較遠時，要迫使系統狀態運動點加速趨向滑 模切換面，以提高系統響應速度；當控制系統狀態運動點距離滑模切換面較近時， 控制系統狀態運動點要逐漸減速趨近于零，以減弱系統狀態運動點常速下穿越滑 模切換面所產生的抖振，指數趨近律可通過公式(1)進行描述，