[發明專利]基于轉矩觀測的永磁同步電機自適應連續滑模控制方法

有效

• 申請號: 202010153604.5
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111342720B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 王浩平;李俞志;田楊
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/13
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種基于負載轉矩觀測的永磁同步電機自適應連續滑模控制方法，包括：建立永磁同步電機數學模型；采用高階快速終端滑模負載轉矩觀測器估計永磁同步電機系統負載轉矩，用于永磁同步電機速度控制器前饋補償；設計自適應連續快速終端滑模永磁同步電機驅動控制器，得到系統擾動下的q軸參考電流；利用最大轉矩比策略計算q軸參考電流；通過電流控制器得出dq軸控制電壓，最后通過驅動模塊驅動永磁同步電機轉動。本發明的控制方法結合高階快速終端滑模負載轉矩觀測器和自適應連續快速終端滑模控制器，不僅可以有效控制永磁同步電機轉速，而且有效削弱滑動模態導致的抖振，提高轉速的控制精度和動態性能。

技術領域

本發明屬于永磁同步電機驅動控制領域，特別是一種基于負載轉矩觀測的永磁同步電機自適應連續滑模控制方法。

背景技術

隨著高能永磁材料的出現，永磁電機變得越來越有吸引力。由于電機拓撲和控制策略不斷推進，永磁同步電機已被確定為最有希望為現代電動汽車和混合動力汽車提供動力的電機之一，然而，永磁同步電機系統是典型的非線性，強耦合，多元，高階且不穩定的系統。除存在這些非線性因素外，永磁同步電機系統的運行過程始終伴隨著負載轉矩變化和參數不確定性的影響，因此在工程應用中迫切需要強大的魯棒控制算法。

近年來，滑模控制以其速度跟蹤精度以及抗扭矩性能而在永磁同步電機領域得到廣泛研究，文獻(Deng Y,Wang J,Li H,et al.Adaptive sliding mode current controlwith slid-ing mode disturbance observer for PMSM drives[J].ISA Transactions,2019,88:113–126.)采用了基于滑模擾動觀測器的滑模控制方法。該方法由于控制律非連續，存在滑動模態項導致抖振現象，且該方法的滑模面和控制律設計使得控制系統的動態性能有限。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于負載轉矩觀測的永磁同步電機自適應連續滑模控制方法，滿足永磁同步電機控制系統對動態響應速度、魯棒性和弱抖振的要求。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于負載轉矩觀測的永磁同步電機自適應連續滑模控制方法，包括以下步驟：

步驟1、建立永磁同步電機的數學模型，包括三相靜止坐標系下的永磁同步電機電壓和電磁轉矩方程，然后利用坐標變換得到dq坐標系下的電壓和電磁轉矩方程；

步驟2、建立高階快速終端滑模負載轉矩觀測器，采用高階快速終端滑模負載轉矩觀測器估計永磁同步電機系統的負載轉矩，用于永磁同步電機速度控制器前饋補償；

步驟3、設計自適應連續快速終端滑模永磁同步電機驅動控制器，得到系統擾動下的q軸參考電流；

步驟4、利用最大轉矩比策略對q軸參考電流進行計算，得到d軸參考電流；

步驟5、通過電流控制器得出dq軸控制電壓，最后通過驅動模塊驅動永磁同步電機轉動。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：(1)本發明使用自適應連續快速終端滑模控制方法對永磁同步電機進行轉速控制控制，該滑模控制方法具有連續控制律可以有效消除滑模控制的抖振問題，同時其具備良好的動態性能，可應對不確定性和負載干擾，收斂速度更快，跟蹤精度更高；(2)本發明使用高階快速終端滑模負載轉矩觀測器對永磁同步電機負載轉矩進行在線觀測，然后將估算的轉矩用作控制器的前饋補償，以抑制由外部負載轉矩變化引起的電機速度波動。此外，所設計的滑模觀測器不僅可以確保估計的負載轉矩快速收斂，而且可以消除傳統的滑模觀測器的固有抖動；(3)本發明采用了最大轉矩電流策略，以使得永磁同步電機驅動過程中能夠獲得最大的磁阻轉矩，提升電機的轉矩輸出能力；(4)本發明通過內模控制理論對永磁同步電機電流環PI控制器進行了控制參數整定，以滿足永磁同步電機驅動過程對電流環動態性能和穩定性能的要求。

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。

附圖說明