[發明專利]一種永磁同步電機控制方法

有效

• 申請號: 202111358729.2
• 申請日: 2021-11-16
• 公開（公告）號: CN113922724B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 郭少明;張良;裴寶峰;李志剛;萬京
• 申請（專利權）人: 新風光電子科技股份有限公司
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/18;H02P21/20;H02P21/22;H02P25/022;H02P27/12;H02P6/34
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 趙玉鳳

本發明公開一種永磁同步電機控制方法，在常規冪次趨近率的基礎上加入變速和變指數項構成自適應趨近律，使趨近速度與系統狀態變化相關聯，一方面有效地增加了系統響應速度和趨近速度，另一方面減少了系統的抖振，與常規趨近律滑模控制相比，具有更好的動態性能和更高德魯棒性。與此同時，本發明針對所設計的控制器提出了一種基于智能算法的多目標參數優化方法，綜合考慮轉速上升時間，超調量和穩態誤差三個目標，采用智能算法，對控制器涉及的參數進行優化，為控制器參數的整定提供一種參考，避免了參數設置的盲目性。

技術領域

本發明涉及一種基于新型自適應趨近律的永磁同步電機滑模控制及參數優化方法，屬于電機控制領域。

背景技術

永磁同步電動機(PMSM)具有結構簡單、運行可靠、體積小、質量輕、效率高，以及電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等一系列優點，已經在航空航天，電動汽車，電力驅動器和計算機外圍設備等領域得到廣泛應用，發展潛力巨大。然而，PMSM是一個多變量、強耦合和非線性的復雜控制對象，為獲得良好的控制效果，需采取行之有效的控制算法。

矢量控制的出現對電機控制有重大的研究意義，由于沒有異步電機轉差率的問題，PMSM矢量控制實現起來更加方便。應用最為廣泛的PMSM矢量控制為雙閉環PI控制，即外環速度環控制電機轉速、內環電流環提高系統的動態特性，二者均采用PI控制器。然而，當控制系統受到外界擾動或電機內部參數發生變化時，傳統PI控制方法的控制效果便會大打折扣。相比之下，滑模控制(SMC)設計簡單易于實現，且具有對擾動與參數不敏感、響應速度快等優點，被廣泛應用于PMSM控制中。

滑模控制包括趨近運動和滑模運動兩個過程，采用趨近律的方法可以改善趨近運動的動態性能，常用的幾種典型趨近律包括等速趨近律、指數趨近律以及冪次趨近律等。然而，這些典型趨近律均存在一定的不足，且控制器參數的選取也較盲目，使得控制器的控制效果大打折扣。例如，冪次趨近律具有較快的趨近速度，但接近滑模面時，趨近速度放緩，導致到達時間過長，不利于控制器的設計；變速趨近律隨著狀態變量減小，滑模區寬度逐漸減小，最后收斂至系統原點.但若趨近系數較大，系統到達滑模面時狀態變量較大，則會導致系統抖振較大；若趨近系數較小，則會導致系統到達時間過長，兩種情形均不利于控制器設計。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提供一種永磁同步電機控制方法，在加快趨近速度，提高系統動態性能的同時，抑制滑模抖振，并為控制器參數的選取提供一種參考，避免參數設置的盲目性。

為了解決所述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種永磁同步電機控制方法，本方法采用速度、電流雙閉環控制策略，電流環采用傳統PI控制器，轉速環采用基于新型自適應趨近律的滑模控制器，將電機轉速給定值ω_r與位置檢測器測得的電機轉速ω_m經過減法器得到速度偏差作為滑模控制器的輸入，通過滑模控制器輸出的指令值給電流環i_q；所述新型自適應趨近律的滑模控制器在冪次趨近律的基礎上，結合冪次函數tansig，引入變速趨近律和變指數趨近律作為自適應項，當系統狀態變量距離滑模面較遠時，趨近速度由冪次趨近律項和變指數趨近律項決定，冪次項保證了趨近速度足夠大，當系統狀態變量運動軌跡距離滑模面較近時，此時，趨近速度由變速趨近律項和變指數趨近律項決定，變速趨近律將加快系統變量劃向滑模面并削弱抖振。

進一步的，所述滑模控制器的趨近律表達式為：

其中s為線性滑模面，x為系統狀態變量，為滑模面的導函數，k₁、k₂、k₃均為大于零的系數，0α1，0β1，取值范圍是(0,1)，sgn()為符號函數，

定義滑模面函數為：

s=cx₁+x₂????(2)，