[發明專利]一種永磁同步電機調速系統的新型變增益滑模控制方法

在審

• 申請號: 202210041903.9
• 申請日: 2022-01-14
• 公開（公告）號: CN114448308A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 丁世宏;吳宜;劉陸;馬莉
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/13;H02P6/34;H02P25/026;H02P27/08
• 代理公司: 江蘇縱聯律師事務所 32253
• 代理人: 徐明

1.一種永磁同步電機調速系統的新型變增益滑模控制方法，其特征在于，設計過程如下：

步驟1、建立永磁同步電機在d-q軸坐標系下的數學模型，定義永磁同步電機的狀態變量，建立系統的狀態方程，設計基于滑模算法的控制器；

步驟2、針對于上述控制器，提出一種自適應增益，得到基于變增益滑模算法的控制器；

步驟3、針對上述變增益滑模控制器，對其變增益的思想進行分析；

步驟4、設計擴張狀態觀測器，將觀測值進行前饋補償；

步驟5、選擇控制輸出為速度偏差量，為轉速環設計基于變增益滑模算法的控制器，得到復合控制器。

2.根據權利要求1所述的一種永磁同步電機調速系統的新型變增益滑模控制方法，其特征在于，在所述步驟1中，永磁同步電機在d-q軸下的模型為

其中，i_d、i_q分別為永磁同步電機定子繞組的d軸電流、q軸電流，u_d、u_q分別為d軸電壓、q軸電壓，R為定子電阻，T_L為負載轉矩，J為電機轉動慣量，w為電機機械角速度，B為摩擦系數，L為電機定子電感，為電機的磁鏈，P為電機極對數，且為電機轉矩常數，對整個系統采用i_d＝0的矢量控制；

取w_*為轉子期望角速度，永磁同步電機的狀態變量設為x₁＝w-w_*，

根據上述公式，得系統狀態方程如下：

其中，虛擬控制器u₁＝i_q，A為常數，d(t)為系統的集總擾動；

滑模算法的控制器的設計如下：

式中k₁、k₂、k₃、k₄均為正常數，其中：

上式中的第二個方程具有螺旋控制器結構，該結構通過η生成連續信號進行積分，該信號允許控制器抑制有界導數的擾動；虛擬控制器則電機電流

3.根據權利要求1所述的一種永磁同步電機調速系統的新型變增益滑模控制方法，其特征在于，在所述步驟2中，變增益滑模算法的控制器的設計方法包括如下：

4.根據權利要求1所述的一種永磁同步電機調速系統的新型變增益滑模控制方法，其特征在于，在所述步驟3中，控制器的變增益L(t)的自適應律由下式給出：

其中是一個正常數；函數T_e(t)表示一個計時器，其行為由下式表示為：

式中的τ＞0是一個恒定的時間常數，時間t_i為||x(t)||從零變為非零值的時刻，滿足如下條件

這種自適應律的思想是讓自適應增益增長直到但增長的時間至少為τ；每到t_i，當由于擾動大小的增加而偏離零時，增益將再次增加一段時間，直到再次變為零，重復此過程直到||x(t)||在未來所有時間內均保持為零，可以證明這是有限時間內發生的。

5.根據權利要求1所述的一種永磁同步電機調速系統的新型變增益滑模控制方法，在所述步驟4中，擴張狀態觀測器的思想是將總擾動擴張成系統的一個新狀態變量，然后利用系統的輸入、輸出重構出包含系統原有狀態變量與擾動的所有狀態；令并將其帶入原系統，即在原系統狀態的基礎上擴張出一個新狀態：

式中b為常數。

6.根據權利要求1所述的一種永磁同步電機調速系統的新型變增益滑模控制方法，在所述步驟4中，擴張狀態觀測器的設計方法包括如下：

式中z₁為系統中轉速的跟蹤信號，z₂為系統中擾動的跟蹤實時估計值，β為擴張狀態觀測器的輸出誤差校正增益；非線性函數fal(*)的數學表達式為：

7.根據權利要求1所述的一種永磁同步電機調速系統的新型變增益滑模控制方法，其特征在于，在所述步驟5中，將觀測到的擾動前饋補償到虛擬控制器u₁中，因此，得到的復合控制器

u＝∫(bu₁+x₃)dt。