[發(fā)明專利]一種基于GPI觀測器的永磁同步電機(jī)分?jǐn)?shù)階滑模控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110277241.0
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113285640A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁世宏;賁鞠磊;劉陸
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/13;H02P25/022
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1.一種基于GPI觀測器的永磁同步電機(jī)分?jǐn)?shù)階滑模控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)i_d＝0控制策略下表貼式永磁同步電機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型及其運(yùn)動學(xué)方程，構(gòu)造滑模面，選取適當(dāng)?shù)内吔桑o出分?jǐn)?shù)階滑模控制器的結(jié)構(gòu)模型；

步驟2：采用分?jǐn)?shù)階切換流形，根據(jù)滑模控制逼近條件和滑模存在條件，設(shè)計控制器的增益限定范圍；

步驟3：根據(jù)相角裕度準(zhǔn)則、穿越頻率準(zhǔn)則、增益變化魯棒性準(zhǔn)則，對控制器參數(shù)k_p、k_d、α進(jìn)行理想狀態(tài)下的整定；

步驟4：利用三階GPI觀測器對擾動轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估計，根據(jù)設(shè)計的控制律，將觀測值作為前饋補(bǔ)償送入閉環(huán)，構(gòu)成新的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPI觀測器的永磁同步電機(jī)分?jǐn)?shù)階滑模控制方法，其特征在于，步驟1中，根據(jù)i_d＝0控制策略下永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型以及運(yùn)動學(xué)方程：

式中，R為定子電阻，T_L為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，J為轉(zhuǎn)動慣量，ω為電機(jī)機(jī)械角速度，B為摩擦系數(shù)，L_S為定子電感，為電機(jī)的磁鏈，P_n為電機(jī)的極對數(shù)，U_q為電機(jī)在q軸上的電壓分量，i_q為電機(jī)定子電流在q軸上的電流分量；

定義如下分?jǐn)?shù)階滑模面：

S＝k_pe(t)+k_d0D_t^-αe(t)

式中，k_p、k_d為滑模面增益，₀D_t^-α為分?jǐn)?shù)階微積分算子，0和t分別表示微積分的下限和上限，α表示分?jǐn)?shù)階微積分的階次；e(t)＝ω_r-ω為速度誤差，ω_r為期望轉(zhuǎn)速；

結(jié)合指數(shù)趨近律可設(shè)計分?jǐn)?shù)階滑模控制律為：

式中，ε為滑模開關(guān)增益，q為趨近增益，S為分?jǐn)?shù)階滑模面。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPI觀測器的永磁同步電機(jī)分?jǐn)?shù)階滑模控制方法，其特征在于，步驟2中，根據(jù)滑模控制逼近條件確定滑模增益ε應(yīng)滿足的條件ε＞k_pψ，k_p為滑模面增益，該條件可保證系統(tǒng)能由任意初始狀態(tài)在有限時間內(nèi)到達(dá)切換面，式中ψ為系統(tǒng)集總擾動δ(t)滿足的條件|δ(t)|≤ψ(ψ∈R⁺)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPI觀測器的永磁同步電機(jī)分?jǐn)?shù)階滑模控制方法，其特征在于，步驟2中，根據(jù)滑模存在條件，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入滑模模態(tài)后，系統(tǒng)狀態(tài)滿足S＝0，即：

S＝k_pe(t)+k_d0D_t^-αe(t)＝0

k_p、k_d為滑模面增益，₀D_t^-α為分?jǐn)?shù)階微積分算子，根據(jù)分?jǐn)?shù)階系統(tǒng)穩(wěn)定性理論，一個漸近穩(wěn)定的系統(tǒng)，會以t^-α的形式收斂到平衡點(diǎn)，即系統(tǒng)應(yīng)滿足arg(-k_p/k_d)＝π＞πr/2(0＜r＜1)，故在設(shè)計滑模面增益時應(yīng)滿足k_p/k_d＞0。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPI觀測器的永磁同步電機(jī)分?jǐn)?shù)階滑模控制方法，其特征在于，步驟3中，將理想情況下系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)寫成如下形式：

式中，P(s)為永磁同步電機(jī)速度換模型傳遞函數(shù)，C(s)為理想狀態(tài)下控制律，

K＝b/a，T＝1/a；

選取如下三條設(shè)計準(zhǔn)則:

相角裕度準(zhǔn)則：

穿越頻率準(zhǔn)則：|G(jω_c)|_dB＝0；

增益變化魯棒性準(zhǔn)則：

式中，ω_c是穿越頻率，是相角余量。