[發明專利]一種初級永磁型直線電機開繞組等效滑模控制方法

在審

• 申請號: 202010332352.2
• 申請日: 2020-04-24
• 公開（公告）號: CN111416559A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 唐紅雨;徐峰;沙鷗
• 申請（專利權）人: 鎮江市高等專科學校
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/14;H02P21/18;H02P21/22;H02P25/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發明涉及一種初級永磁型直線電機開繞組改進等效滑模控制方法，包括計算給定速度v*與電機實際速度v的速度差△v；計算參考位移s*與電機初級位移s的位移差△s，并將△v、△s輸入滑塊控制器，根據三相定子電流i_a、i_b、i_c，得到電機實際解耦后電流i_q和i_d，經過重定義的滑模控制律運算產生給定參考q軸電流給定參考d軸電流計算電機實際解耦后電流i_q與給定參考q軸電流的電流差Δi_q，電機實際解耦后電流i_d與給定參考d軸電流的電流差Δi_d和Δi_d，Δi_q和Δi_d經過電流環PI調節器產生給定參考電壓u_d、u_q；再經過坐標變換送給SVPWM模塊，產生PWM波形給逆變器，控制逆變器的輸出電壓，本發明對電機的速度和推力實現更穩定、更準確地控制。

技術領域

本發明涉及初級永磁型直線電機控制技術，具體是一種用于初級永磁型直線電機的等效滑模控制方法，適用于城市軌道交通等直線電機控制領域。

背景技術

我國經濟的快速增長，城市規模與人口的劇增，出現了人堵、車堵的現象，交通出行問題成了人民生活矛盾的一個重要部分。軌道交通已經成為人們出行的一種便捷方式，作為城市軌道交通工具的核心部件，車用牽引電機是保證機車安全可靠運行的關鍵技術。就技術層面而言，較成熟牽引動力系統采用旋轉電機驅動，而直線電機驅動是近幾年興起的一個技術，由于直線電機獨特的構造，無需中間變換設備，就能把電能直接轉換為直線運動的動能，和旋轉電機驅動系統相比，結構和驅動裝置簡單，具有能量轉換效率高、動力大等顯著優勢，從而車輛可以獲得更強的牽引與制動性能，提高車輛的運行平穩性。

而初級永磁型直線電機(Primary Permanent Magnet Linear，PPML)是一種新型的特種電機，有其獨特的性能，初級上開槽放集中電樞繞組和永磁體，次級由導磁材料組成，有效降低了設備成本。該電機利用結構上的游標效應，產生較大的推力，在一些需要大推力的場合得到研究和應用，如船舶推進、軌道交通等領域。常規的PPML電機有矢量控制、直接轉矩控制。由于PPML電機系統本身是一個復雜的非線性機電系統，加上外界干擾的多變性，傳統的PI控制性能不太理想。傳統控制中，速度環節多采用PI控制器來調節，結構簡單，控制器的輸出為電機參考推力和速度給定值。但由于受逆變器的容量和電機最大輸出推力有限的限制，控制器的輸出受到限幅，控制效果不理想。在現代控制技術中，智能控制技術逐漸被采用，滑模變結構控制由于不需要精確的被控對象數學模型，對外界不確定因素有較強的抗干擾能力，魯棒性較好，經常被采用。近年來，作為一種新型電機控制系統，開繞組結構被人們所重視，也就是改變原來的單逆變器結構，打開繞組中性點，在電機另一端串接一個逆變器，形成雙逆變器結構，提供給電機系統更多的電平，從而提高輸出功率。

相對于普通的直接轉矩控制、PI控制，滑模控制算法較為復雜，對控制器有較高的要求，同時，開繞組PPML電機系統采用了雙逆變器結構，是一種較為新穎的電機拓撲結構，提供了更多的電平矢量，因而計算量大，造成滑模控制方法在此類電機的應用受到限制。

本發明在分析開繞組PPML電機系統的基礎上，針對傳統雙閉環系統中速度環PI控制的不足，把等效滑模控制方法應用到開繞組電機系統中，增加補償控制量，改進等效滑模控制律，該發明方法能有效提高PPML電機系統的控制性能。

發明內容

本發明提供了一種初級永磁型直線電機開繞組等效滑模控制方法，用以解決直線永磁電機系統中采用傳統速度環PI控制中存在的速度響應慢和推力脈動大的問題。

本發明提供了一種初級永磁型直線電機開繞組等效滑模控制方法，包括如下步驟：