[發明專利]一種基于擾動觀測器的永磁電機非奇異終端滑模控制方法

在審

• 申請號: 202110275442.7
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113014167A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 賀建智;康爾良
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/13;H02P25/022
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于擾動觀測器的永磁電機非奇異終端滑?？刂品椒?，屬于電機驅動控制領域，具體實施方案如下：首先設計一個非奇異終端滑模速度控制器，使速度誤差在有限時間內收斂，然后設計一個擾動觀測器在線估計系統外部擾動，并前饋補償到速度控制器中，最后，對所設計的控制器進行穩定性分析。本發明有效解決了速度誤差不能在有限時間內收斂到零的問題，當系統突加負載時，電機轉速下降較少，增加了系統的抗擾性，具有較高的應用價值。

技術領域

本發明涉及電機驅動控制技術領域，具體是一種基于擾動觀測器的永磁電機非奇異終端滑?？刂品椒ā?/p>

背景技術

永磁同步電機(PMSM)因具有結構簡單、體積小、功率密度高等優點，被廣泛應用在工業驅動控制系統中。比例積分控制(PI)作為傳統的PMSM的調速方式，以理論簡單、易于實現等優勢在電機驅動調速場合得到了大量應用；然而永磁電機是一個非線性、多變量、強耦合的系統，傳統的PI線性控制已經難以滿足高性能電機調速系統的要求。

為了滿足高性能電機調速控制系統的要求，各國學者為此先后提出了多種先進控制理論。如Back-Stepping控制、模型預測控制、智能控制等?；？刂谱鳛橄冗M控制理論的一種，因其具有結構簡單、魯棒性強、響應速度快、對系統參數變化不敏感等優點開始逐漸在無人機、機器人等實際工程中逐漸得到應用。

當采用傳統滑?？刂茣r，通常會使用線性滑模面使系統誤差漸進收斂到零，且收斂速度與滑模面的參數選擇呈正相關。但是無論參數選用何值，系統誤差只會無限的趨近于零，而不會在有限時間內收斂到零。為了讓系統誤差在有限的時間內收斂到零，部分學者提出了終端滑模控制的思想,將非線性函數引入到滑模面中，使誤差在有限時間內收斂到零。但是，如果參數選取不當，會導致系統出現輸出無窮大的“奇異”現象，嚴重影響系統的性能。為了避免此現象的產生，在此基礎上，又有學者提出了非奇異快速終端滑?？刂频乃枷?通過選取合適的非線性滑模面可以實現在不同階段收斂速度都能達到最佳，保證了收斂速度的全局快速性。

發明內容

本發明為一種基于擾動觀測器的永磁電機非奇異終端滑?？刂品椒?，本發明利用非奇異終端滑模設計了一個速度控制器(NFTSMC)，使速度誤差與誤差變化率在有限時間內快速收斂到零。針對系統的抖振問題設計了擾動觀測器，將觀測器(DOB)觀測到的擾動值前饋補償到速度控制器里，削弱了系統的抖振，增強了系統的魯棒性。

為了解決上述問題本發明提出以下解決方案：

基于擾動觀測器的永磁電機非奇異終端滑?？刂疲O計主要包括以下步驟:

步驟1、設計一個非奇異終端滑模面；

步驟2、根據表貼式永磁電機數學模型與非奇異終端滑模設計電機速度控制器；

步驟3、利用電機的實時速度與電流設計一個擾動觀測器。

本發明與現有其他技術相比，主要創新體現如下：

本發明設計了一個非奇異終端滑模速度控制器，解決了傳統滑?？刂普`差不能在有限時間收斂的問題，同時有效抑制了電機參數變化給系統帶來的負面影響，為了進一步提高系統的抗擾性，設計了一個擾動觀測器，將所觀測值前饋補償到速度控制器中，進一步提高系統抗擾性。本發明有效解決了系統誤差不能在有效時間內收斂的問題，提高了速度的響應速度。

附圖說明

圖1是基于擾動觀測器的永磁電機非奇異終端滑?？刂葡到y整體框圖。

圖2是電機空載啟動時本發明與其他方法的速度響應曲線仿真示意圖。

圖3是負載變化時本發明與其他方法的速度響應曲線仿真示意圖。

圖4是傳統滑模控制下電機空載運行時速度細節仿真示意圖。

圖5是本發明電機空載運行時速度細節仿真示意圖。