[發明專利]基于奇異攝動理論的永磁同步電機滑?？刂葡到y及建模方法

有效

• 申請號: 201910294537.6
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN110011583B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 楊春雨;周林娜;劉曉敏;王浩宇;車志遠
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P6/34
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 彭雄

本發明公開了一種基于奇異攝動理論的永磁同步電機滑?？刂葡到y及建模方法，本發明基于奇異攝動理論對電機數學模型進行分解，并在不同的時間尺度內分別針對慢變和快變時間子系統進行控制器的設計，從而構成復合控制器。并將歐幾里德范數考慮到滑模控制器的設計中取代符號函數項以削弱抖振現象，從而構成基于奇異攝動理論的永磁同步電機滑?？刂葡到y。最后，應用李雅普諾夫穩定性理論分析了閉環系統的穩定性。本發明控制系統具有很強的魯棒性，能實現對給定角速度信號的準確跟蹤。

技術領域

本發明涉及一種基于奇異攝動理論的永磁同步電機滑模控制系統及建模方法，屬于永磁同步電機控制技術領域。

背景技術

與直流電機相比，三相交流永磁同步電機因具有功率因數高、體積小、重量輕和結構簡單等特點而被廣泛地應用于響應快速、調速范圍寬和定位準確的高性能伺服傳動系統中。然而，永磁同步電機的數學模型是一個非線性、高階和強耦合的多變量系統，其分析與求解相當復雜，需進行簡化并對其研究新的控制方法。

由此可見，永磁同步電機伺服控制系統的設計對提高控制系統的動態性能起著至關重要的作用。

目前，最常用的控制策略為矢量控制。矢量控制的基本思想就是通過坐標變換，在兩相同步旋轉正交坐標系中得到永磁同步電機的狀態方程，并對電機輸出的電磁轉矩進行控制。傳統的PID雙閉環控制方法雖然可以使伺服系統獲得一定的控制精度，但系統的響應速度較慢，且對參數攝動及外部擾動的魯棒性不強?；？刂谱鳛橐环N特殊的非線性控制技術在系統的動態運行過程中，根據系統狀態和偏差及其導數等，使控制量有目的地切換，迫使系統按照期望的狀態軌跡運動。此外，電機的電氣時間常數遠小于機械時間常數，是一個典型的雙時間尺度系統?；谄娈悢z動理論可對其模型進行分解，并在不同的時間尺度內分別針對慢變和快變時間子系統進行控制器的設計，從而構成復合控制器。將奇異攝動理論與滑?？刂品椒ㄏ嘟Y合，并應用到電機控制領域后，控制系統具有動態響應速度快、系統超調量小和對外部擾動魯棒性強等諸多優點。

發明內容

發明目的：為了實現對給定角速度信號的準確跟蹤并降低擾動對控制系統的影響，本發明提供一種基于奇異攝動理論的永磁同步電機滑?？刂葡到y及建模方法，本發明基于奇異攝動理論對電機數學模型進行分解，并在不同的時間尺度內分別針對慢變和快變時間子系統進行控制器的設計，從而構成復合控制器。并將歐幾里德范數考慮到滑?？刂破鞯脑O計中取代符號函數項以削弱抖振現象，從而構成基于奇異攝動理論的永磁同步電機滑?？刂葡到y。最后，應用李雅普諾夫穩定性理論分析了閉環系統的穩定性。本發明最重要的特征是基于奇異攝動理論對電機數學模型進行了分解，并在不同的時間尺度內設計了控制器?？刂葡到y具有很強的魯棒性，能實現對給定角速度信號的準確跟蹤，適用于永磁同步電機伺服控制系統的設計。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于奇異攝動理論的永磁同步電機滑模控制系統，包括角速度誤差模塊、慢子系統滑?？刂坡赡K、快子系統滑?？刂坡赡K、磁鏈旋轉空間角度模塊、電流互感器模塊、三相靜止對稱ABC坐標系轉兩相同步旋轉正交dq坐標系模塊、兩相同步旋轉正交dq坐標系轉兩相靜止正交αβ坐標系模塊、計算快變分量模塊、快慢控制信號疊加模塊、正弦脈寬調制模塊、逆變器模塊和電源模塊，其中：

角速度誤差模塊將給定角速度ω^*與永磁同步電機的實際角速度ω作差得到誤差e，并將誤差e發送到慢子系統滑?？刂坡赡K；

慢子系統滑?？刂坡赡K根據誤差e得到交軸慢變控制信號u_qs和直軸慢變控制信號u_ds，并將其同時發送到快慢控制信號疊加模塊和計算快變分量模塊；

磁鏈旋轉空間角度模塊根據永磁同步電機的角速度ω積分得到轉子磁鏈旋轉的空間角度并將其同時發送到三相靜止對稱ABC坐標系轉兩相同步旋轉正交dq坐標系模塊和兩相同步旋轉正交dq坐標系轉兩相靜止正交αβ坐標系模塊；