[發明專利]一種基于滑模切換的永磁電機控制方法

有效

• 申請號: 202110305977.4
• 申請日: 2021-03-20
• 公開（公告）號: CN113098345B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 劉景林;官睿智;陳穎康
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P27/08
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

本發明公開了一種基于滑模切換的永磁電機控制方法，首先建立永磁電機數學模型；基于常規線性滑模面，采用超螺旋滑模和一種改進指數趨近律切換的方法，設計永磁電機速度環控制器，用以控制q軸電流；通過采用兩種滑模控制切換的方法，以系統輸出轉速的誤差為0作為控制目標，在系統初始時采用超螺旋滑模，令狀態變量逼近原點；滿足閾值后切換為指數趨近律，使狀態變量可快速趨近于0，最終令電機轉速穩定在給定值，本方法可增加系統狀態變量的收斂速度，從而提升系統動態性能，同時令系統對外部匹配擾動具有魯棒性。

技術領域

本發明屬于電機技術領域，具體涉及一種永磁電機控制方法。

背景技術

在自控領域的背景中，我們進行科學研究的時候，通常是將模型線性化后進行分析，然而實際情況中并非如此，比如電路中的電阻在溫度變化時，其阻值會呈現非線性變化，而非我們常用的頻域分析中的視為常數。這就導致了在控制對象的線性化模型中，涉及到一些物理參數是會隨著環境變化，尤其是依溫度變化而變化的。當工況變化較為劇烈時，傳統PI控制器由于其本身局限性，已然不好滿足一些場合中對系統動態性能的要求，而滑模控制可以很好的彌補這一問題。滑模控制會令系統狀態從任意初始位置開始運動，最終進入滑模區，在有限時間穩定在平衡點(原點)附近。滑模控制可以有效規避系統未知變化帶來的影響，同時不需要精確模型，通過合理的滑模面的選定，還可以有效提升系統動態性能和穩態性能。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種基于滑模切換的永磁電機控制方法，首先建立永磁電機數學模型；基于常規線性滑模面，采用超螺旋滑模和一種改進指數趨近律切換的方法，設計永磁電機速度環控制器，用以控制q軸電流；通過采用兩種滑模控制切換的方法，以系統輸出轉速的誤差為0作為控制目標，在系統初始時采用超螺旋滑模，令狀態變量逼近原點；滿足閾值后切換為指數趨近律，使狀態變量可快速趨近于0，最終令電機轉速穩定在給定值，本方法可增加系統狀態變量的收斂速度，從而提升系統動態性能，同時令系統對外部匹配擾動具有魯棒性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：

步驟1：采集永磁電機中的轉子實時位置θ，通過進行θ對時間t求導計算，得到電機當前轉速ω；

步驟2：采集永磁電機三相電流值i_a、i_b、i_c，根據Clarke變換，得到三相電流在兩相靜止坐標系下的電流分量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系下的電流分量i_α、i_β進行Park變換，得到兩相旋轉坐標系下的電流分量i_d、i_q；其中，i_d和i_q分別表示兩相旋轉坐標系下d軸和q軸的電流分量；

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

步驟4-1：根據電磁轉矩公式假設永磁電機為表貼式，則L_d＝L_q，L_d表示永磁電機d軸電感，L_q表示永磁電機q軸電感；簡化后，建立永磁電機在兩相旋轉坐標系下的運動方程：