[發明專利]一種基于參數優化的永磁同步電機雙閉環滑模控制方法

有效

• 申請號: 202110600371.3
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113328663B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 李寧;肖子涵;張世乾;安卓爾;柳明;曹裕捷;王書征
• 申請（專利權）人: 西安理工大學;南京工程學院
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/18;H02P25/026;H02P27/08;H02P6/34
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 羅笛

本發明公開了一種基于參數優化的永磁同步電機雙閉環滑模控制方法，具體為：采集永磁同步電機三相電流和實際轉速，將三相電流轉換成d?q坐標系下的等效電流；構造滑模面和轉速環滑模控制器；對滑模控制器的初始參數采用遺傳算法進行優化，將優化后參數輸入到滑模控制器中，滑模控制器輸出參考電流與等效電流一起輸入雙閉環PI控制器，將雙閉環PI控制器輸出的電壓變換得到靜止兩相坐標系電壓，再經過空間矢量調制輸出PWM信號，然后產生三相電壓信號控制電動機的轉速。本發明解決了現有的永磁同步電機轉速環滑模控制器控制效果因參數選取不當而達不到預期水平，且人工調試耗費過長時間并難以保證獲得較好的控制性能的問題。

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，涉及一種基于參數優化的永磁同步電機雙閉環滑模控制方法。

背景技術

永磁同步電機利用稀土永磁體作為轉子勵磁，永磁體充磁后可以產生永久的磁場。它成本低，穩定性好，精度高，體積小，已被廣泛應用于各相關領域。

然而永磁同步電機屬于交流電機，它的啟動特性和調速特性無法做到和直流電機一樣的水平，直到矢量控制的出現這一情況才大為改善。近年來，隨著技術的不斷發展，永磁同步電機被應用于更多高精尖領域。如今，高性能低成本的永磁同步電機正在逐步取代傳統電機，成為交流伺服控制領域的一個重要方向。

雖然永磁同步電機技術已取得長足進度，但仍然存在啟動特性和調速特性不如直流電機，轉矩和磁鏈控制難的問題，這些問題已成為目前永磁同步電機的研究熱點。針對轉矩和磁鏈控制難問題，在上世紀七十年代，德國的學者提出了一種控制策略，名為矢量控制，通過坐標的變換方法將異步電動機等效為一臺直流電動機，從而像直流電動機一樣可以進行快速的轉矩和磁鏈控制。PI控制是永磁同步電機的一種常用控制方法，它根據給定值與實際輸出值構成控制偏差，將偏差的比例和積分通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制。

但傳統的PI控制器已經不能滿足目前的非線性，強耦合系統應用需求，針對使用PI控制器時永磁同步電機的調速系統的動態品質不佳的問題，有學者提出采用滑模變結構控制作為轉速環控制器。滑模變結構控制是變結構控制系統的一種控制策略。其與常規的控制方法不同之處在于他是不連續控制，滑模控制具有魯棒性好、控制算法簡單和可靠性高等優點。但他的問題在于選取滑模控制器的參數為人為試驗參數，通過一遍一遍觀察不同參數產生的不同實驗結果來對比選出最優參數或者根據以往工程經驗來選取最優參數，選取參數時間耗費過長，且容易選取不到最優的參數，因此設計滑模控制器過程中參數的設計需要耗費長時間調試，且難以獲得較好的控制性能。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于參數優化的永磁同步電機雙閉環滑模控制方法，解決現有技術中存在的人工選取參數時間耗費過長，且容易選取不到最優的參數的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種基于參數優化的永磁同步電機雙閉環滑模控制方法，具體按照如下步驟實施：

步驟1，采集永磁同步電機三相電流i_a，i_b，i_c和實際轉速ω_m，將i_a，i_b，i_c依次進行clark和park變換轉換成d-q坐標系下的等效電流i_d，i_q；

步驟2，構造滑模面和轉速環滑模控制器；

步驟3，選取一組范圍內的滑模控制器初始參數c₀，q₀，ε₀，應用遺傳算法對始參數進行優化，得到優化后的滑模控制器參數c_n，q_n，ε_n，將優化后的滑模控制器參數輸入到滑模控制器中；