[發(fā)明專利]一種基于滑模切換的永磁電機(jī)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110305977.4
• 申請日: 2021-03-20
• 公開（公告）號: CN113098345B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉景林;官睿智;陳穎康
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P27/08
• 代理公司: 西安凱多思知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

1.一種基于滑模切換的永磁電機(jī)控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：采集永磁電機(jī)中的轉(zhuǎn)子實時位置θ，通過進(jìn)行θ對時間t求導(dǎo)計算，得到電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速ω；

步驟2：采集永磁電機(jī)三相電流值i_a、i_b、i_c，根據(jù)Clarke變換，得到三相電流在兩相靜止坐標(biāo)系下的電流分量i_α、i_β；其中，i_a、i_b、i_c分別表示電流矢量在三相坐標(biāo)系a軸、b軸、c軸的分量，i_α和i_β分別表示電流矢量在兩相靜止坐標(biāo)系下α軸和β軸的分量；

步驟3：對步驟2得到的兩相靜止坐標(biāo)系下的電流分量i_α、i_β進(jìn)行Park變換，得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的電流分量i_d、i_q；其中，i_d和i_q分別表示兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸和q軸的電流分量；

步驟4：根據(jù)永磁電機(jī)運動方程，令兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下d軸電流參考值i_d^*＝0，將轉(zhuǎn)速誤差和轉(zhuǎn)速誤差變化率作為兩個狀態(tài)變量，經(jīng)過滑模控制器運算，狀態(tài)變量運動軌跡最終收斂至坐標(biāo)原點，控制器輸出值為兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q軸電流分量參考值i_q^*；具體如下：

步驟4-1：根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩公式假設(shè)永磁電機(jī)為表貼式，則L_d＝L_q，L_d表示永磁電機(jī)d軸電感，L_q表示永磁電機(jī)q軸電感；簡化后，建立永磁電機(jī)在兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的運動方程：

其中，T_e表示電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，T_L表示負(fù)載轉(zhuǎn)矩，p表示電機(jī)極對數(shù)，ψ表示電機(jī)永磁體磁鏈，J表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量，dω/dt表示轉(zhuǎn)速變化率；

選取狀態(tài)變量x₁和x₂：

其中，ω_d表示轉(zhuǎn)速給定值，表示ω_d微分，表示轉(zhuǎn)速的微分，將式(1)代入式(2)中，得到狀態(tài)方程如下：

其中，表示變量x₂的一階微分，表示x₁的二階微分，表示機(jī)械轉(zhuǎn)速二階微分，表示兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q軸電流分量一階微分；

寫成矩陣形式為：

步驟4-2：設(shè)定線性滑模面為s＝x₁+cx₂，c為一個常數(shù)；將狀態(tài)方程式(3)代入得：

步驟4-3：兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q軸電流i_q計算如下：

令采用超螺旋滑模控制律：

其中，s表示線性滑模面函數(shù)，k₁0，k₂0，sgn(s)為符號函數(shù)，具體形式為：

采用sat(x)替代式(6)中的sgn(s)，sat(x)表示為：

sat(x)函數(shù)為光滑的值域為[-1,1]的奇函數(shù)，其中，η為正實數(shù)；

將sat(x)帶入到(6)中替換sgn(s)，得到：

步驟4-4：設(shè)定切換域為：x₁²+x₂²≤R，其中，R為一個正常數(shù)，當(dāng)相軌跡穿越切換域的圓的邊緣時，切換為趨近律：

其中，|X|為狀態(tài)向量的模，λ為正整數(shù)，α0，ε0；

則得到：

步驟4-5：綜上，兩種不同系統(tǒng)狀態(tài)下，兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q軸電流分量i_q分別為：

步驟5：電流環(huán)以i_q^*為參考值，通過PI控制器，令輸出的實際q軸電流分量i_q跟隨給定值i_q^*；

步驟6：對電流環(huán)輸出的分量進(jìn)行Park反變換，得到兩相靜止坐標(biāo)系下的分量，兩相靜止坐標(biāo)系下的分量通過空間矢量脈寬調(diào)制，得到預(yù)期電壓，從而令永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)設(shè)值。