[發明專利]一種基于模糊切換策略的永磁同步電機復合變結構控制方法

有效

• 申請號: 202110283403.1
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113037174B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 喬建忠;李迎強;崔洋洋;郭雷;楊永健
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P23/12;H02P25/022;H02P6/34
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗;顧煒

1.一種基于模糊切換策略的永磁同步電機復合變結構控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，建立永磁同步電機標稱模型；

第二步，設計干擾觀測器，對電機速度環外部干擾進行實時估計與補償，得到干擾估計值；

第三步，基于多模變結構控制原理設計變結構控制器，通過在電機響應過程中切換PI與IP控制器，消除超調量，所述超調量表示被調參數動態偏離給定值的最大程度，保證電機響應速度；

第四步，基于模糊控制理論建立模糊規則，針對第三步PI與IP控制器切換過程設計模糊切換控制器，保證切換的平滑性；

第五步，將第二步獲得的干擾估計值與第三步中的變結構控制器輸出進行復合，得到基于模糊切換策略的復合變結構控制器，保證永磁同步電機的跟蹤精度。

2.根據權利要求1所述的一種基于模糊切換策略的永磁同步電機復合變結構控制方法，其特征在于：所述第一步，建立永磁同步電機標稱模型如下：

其中，i_d,i_q分別為定子電流d,q軸分量；u_d,u_q分別為定子電壓d,q軸分量；L為定子軸電感；R為定子電阻；ω為永磁同步電機角速度；n_p為磁極對數；ψ_f為磁鏈量；J為永磁同步電機轉動慣量；分別為d軸電流、q軸電流和角速度對時間的一階導數；T_e為永磁同步電機輸出的電磁轉矩；d_s為速度環所受總干擾。

3.根據權利要求2所述的一種基于模糊切換策略的永磁同步電機復合變結構控制方法，其特征在于：所述第二步中，設計干擾觀測器如下：

其中，Q(s)為低通濾波器；τ為低通濾波器常值系數；Q_INV(s)為低通濾波器與電機名義模型的逆相乘；為總干擾d_s的估計值；P(s)為由永磁同步電機標稱模型推導出的傳遞函數。

4.根據權利要求3所述的一種基于模糊切換策略的永磁同步電機復合變結構控制方法，其特征在于：所述第三步中，基于多模變結構控制原理設計變結構控制器包括一個PI控制器和一個IP控制器，采用模糊切換保證PI與IP控制器的平穩過渡：

其中，U_PI和U_IP分別為PI控制器和IP控制器的控制輸出；K_p為比例系數；K_i為積分系數；e為轉速誤差；ω_out為永磁同步電機輸出轉速；s為拉氏變換復變量算子；

PI與IP控制器的切換根據輸出轉速ω_out的大小按照固定的模糊邏輯公式進行切換，采用加權的方式進行疊加，將PI控制器與IP控制器的控制輸出與對應的權重系數相乘再求和得出實際控制輸出，通過下式得出：

U_VSPI＝(1-ε)U_PI+εU_IP

其中，U_VSPI為變結構控制器的實際控制輸出；1-ε和ε分別為PI控制器和IP控制器的權重系數；權重系數ε隨速度的增大由0增至1，在系統響應初期，PI控制器起主要作用，保證響應過程的快速性；隨著響應過程的進行，PI的控制作用減弱，IP的控制作用增強；在接近期望速度值時，IP控制器起主要作用，消除超調，同時響應進入穩態后，僅IP控制器起作用；此變結構控制器在起始時保留了PI控制器響應的快速性，在期望值附近保留IP控制器無超調的特點。