專利名稱：一種永磁同步電機控制方法
技術領域：
本發明涉及一種永磁同步電機控制方法。
背景技術：
永磁同步電機(PermanentMagnet Synchronous Motor縮寫為PMSM)具有低慣性、快響應、高功率密度、低損耗、高效率等優點。并且隨著永磁材料性能的大幅度提高，其在工業生產自動化領域中的應用將越來越廣泛。但因永磁同步電機是一個高階、非線性、強耦合的多變量系統，同時也存在著參數攝動、負載擾動等不確定性，因此要對其進行高性能的控制比較困難。目前針對PMSM的控制方法有很多被提出來，如自適應控制、模糊控制、神經網絡、自抗擾控制等。但這些因算法比較復雜很少有應用在實際的工程中。滑模變結構因其對系統參數不確定性和外部擾動具有良好的不變性，在電機調速 領域已經開始被廣泛應用，滑模變結構控制具有魯棒性強、實現簡單的優點，在電機參數變化及出現擾動時，仍然保證滿意的性能，因而受到越來越多的國內外學者的重視。但是由于其控制作用的不連續性，很容易使系統產生抖振，大大影響了實際控制中的應用。高頻切換控制會在擾動和模型參數攝動的作用下導致抖振現象。而抖振的幅值與擾動和模型參數攝動的幅度成比例關系。在電機控制系統中，抖振會產生脈動推力，影響系統的平穩性和定位精度，增加能量損耗。近幾年提出的非奇異終端滑模能夠使系統狀態在有限時間內到達平衡點，穩態跟蹤精度高，但仍存在抖振。應用飽和函數代替開關函數，仿真表明其在一定程度上削弱了抖振，但同時也減弱了系統的魯棒性。應用觀測器觀測負載擾動并加以補償，該方法通過減小非線性項，能較好地減小抖振，但因增加了觀測器而增加了系統設計的復雜性，而且系統抖振的存在影響觀測精度，實際難以達到理想的改善效果。
發明內容
本發明的目的在于提供一種永磁同步電機控制方法，以提高電機控制系統的魯棒性和動態響應速度。本發明的目的是這樣實現的，一種永磁同步電機控制方法，采用矢量控制系統，矢量控制系統包括速度外環和電流內環兩部分，轉速環的PI控制器采用二自由度高階非奇異終端滑模控制器取代；二自由度高階非奇異終端滑模控制器的輸入為電機的給定轉速w*與電機的實際反饋轉速w之差，判斷給定轉速與反饋轉速的誤差大小，當轉速誤差小于I時，輸出的勵磁電流是通過單純的高階滑模非奇異終端控制器計算實現的；當轉速誤差大于I時二自由度高階非奇異終端滑模控制的輸出為高階非奇異終端滑模控制的輸出為高階非奇異終端滑模的輸出與補償增益之和；其中I的大小可根據實際情況和需求設定。本發明具有如下有益效果I、本發明通過采用將轉速環中的PI控制器用二自由度高階滑模非奇異終端控制取代，將傳統滑模控制方法中的切換項加在終端滑模控制方法的導數上，因此，有效的降低了滑模變結構在系統控制過程中的抖振問題，從而也提高了系統控制精度，使得轉速能可有效的收斂在平衡點附近。2、本發明提出基于二自由度高階滑模非奇異終端的永磁同步電機轉速控制方法，在消除控制量抖振的同時，實現了電機轉速的快速收斂，并且對負載擾動具有較強的魯棒性。
圖I是永磁同步電機控制矢量方法框圖；圖2是本發明二自由度高階滑模非奇異終端控制框圖；圖3為本發明二自由度高階滑模控制的電機仿真轉速波形曲線；圖4為傳統PI控制的電機仿真轉速波形曲線。 圖I中，I.逆變器，2. PMSM模塊，3.信號檢測電路，4. Clark變換，5. Park變換，6.測速編碼器，7. 二自由度高階滑模非奇異終端控制外環控制器，8.反Park變換，9. SVPWM模塊。
具體實施例方式一種永磁同步電機控制方法，采用矢量控制系統，矢量控制系統包括速度外環和電流內環兩部分，主要有主電路、電流信號檢測電路3和控制電路；參見圖1，主電路包括逆變器I和PMSM模塊2，電流信號檢測電路3通過霍爾傳感器檢測電機在三相靜止坐標系下的三相電流，取其中的兩相輸出電流iA，iB，經過Clarke變換4，轉換為靜止兩相坐標系下的電流值i a，i e，在速度環，給定轉速w*與編碼器6測得的反饋速度w相比較，經過二自由度高階滑模非奇異終端控制外環控制器7調節后，輸出轉子旋轉坐標系下的q軸電流，，靜止兩相坐標系下的電流值ia，i0以及電機轉子角0經過Park變換5，轉換為轉子旋轉坐標系下的兩相反饋計算勵磁電流電流id和轉矩電流i<j，給定勵磁電流i/與反饋計算勵磁電流id相比較，經過電流PI調節之后，得到兩相旋轉坐標的d軸輸出電壓Ud ;轉矩電流與反饋計算轉矩電流i,相比較之后，經過電流PI調節后，得到兩相旋轉坐標的q軸輸出電壓u,;此刻，旋轉坐標系下的兩相電壓u,與Ud經過Park逆變換8之后轉換為靜止兩相坐標系下的兩相電壓ua、ue，經過SVPWM模塊9的調節，產生PWM波，經過三相逆變器之后，驅動電機工作。本發明的主要特點在于，將原有矢量控制系統轉速環的PI控制器采用二自由度高階非奇異終端滑模控制器取代。二自由度高階非奇異終端滑模控制器的輸入為電機的給定轉速w*與電機的實際反饋轉速w之差，然后判斷給定轉速與反饋轉速的誤差大小。當轉速誤差較小時，輸出的勵磁電流是通過單純的高階滑模非奇異終端控制器計算實現的；當轉速誤差較大時二自由度高階非奇異終端滑模控制的輸出為高階非奇異終端滑模控制的輸出為高階非奇異終端滑模的輸出與補償增益之和。其中這里的補償增益是將轉速誤差的乘以一個系數得到的，這樣當轉速誤差實時改變的時候輸出的轉矩電流也能實時的改變，如此可以更加有效的調節系統，使得電機轉速更加平穩，從而減小了轉速的波動，達到較好的控制效果。圖2中轉速偏差是判斷轉速的的誤差大小，若轉速偏差較大時，補償增益與高階非奇異終端滑模控制的輸出之和為;若轉速誤差較小時，則補償增益為零，即轉矩電流iq*為單純的高階非奇異終端滑模控制的輸出。其中高階非奇異終端滑模控制器的設計如下轉速環控制器的控制目標是電機實際轉速能精確跟蹤速度給定，對外界負載擾動以及摩擦阻力等參數攝動具有完全魯棒性，輸出平滑的交軸電流給定信號i:。令；給定信號為03%假設CO*足夠平滑，幾乎處處具有2階連續導數，定義誤差狀態eu = co*-co(I)根據永磁同步電動機狀態方程，可得轉速誤差系統狀態方程為
權利要求
1.一種永磁同步電機控制方法，其特征在于采用矢量控制系統，矢量控制系統包括速度外環和電流內環兩部分，轉速環的PI控制器采用二自由度高階非奇異終端滑模控制器取代；二自由度高階非奇異終端滑模控制器的輸入為電機的給定轉速Z與電機的實際反饋轉速W之差，判斷給定轉速與反饋轉速的誤差大小，當轉速誤差小于ξ時，輸出的勵磁電流是通過單純的高階滑模非奇異終端控制器計算實現的；當轉速誤差大于ξ時二自由度高階非奇異終端滑模控制的輸出為高階非奇異終端滑模控制的輸出為高階非奇異終端滑模的輸出與補償增益之和；其中ξ的大小可根據實際情況和需求設定。
全文摘要
一種永磁同步電機控制方法，采用矢量控制系統，矢量控制系統包括速度外環和電流內環兩部分，轉速環的PI控制器采用二自由度高階非奇異終端滑模控制器取代；二自由度高階非奇異終端滑模控制器的輸入為電機的給定轉速w*與電機的實際反饋轉速w之差，判斷給定轉速與反饋轉速的誤差大小，當轉速誤差小于ξ時，輸出的勵磁電流iq*是通過單純的高階滑模非奇異終端控制器計算實現的；當轉速誤差大于ξ時二自由度高階非奇異終端滑模控制的輸出為高階非奇異終端滑模控制的輸出iq*為高階非奇異終端滑模的輸出與補償增益之和；其中ξ的大小可根據實際情況和需求設定。本發明提高了系統控制精度實現了電機轉速的快速收斂，并且對負載擾動具有較強的魯棒性。
文檔編號H02P21/00GK102969968SQ201210461889
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月15日 優先權日2012年11月15日
發明者尹忠剛, 李 東, 鐘彥儒 申請人:西安理工大學