專(zhuān)利名稱(chēng)：一種永磁同步電機(jī)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種永磁同步電機(jī)控制方法。
背景技術(shù)：
永磁同步電機(jī)(PermanentMagnet Synchronous Motor縮寫(xiě)為PMSM)具有低慣性、快響應(yīng)、高功率密度、低損耗、高效率等優(yōu)點(diǎn)。并且隨著永磁材料性能的大幅度提高，其在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。但因永磁同步電機(jī)是一個(gè)高階、非線性、強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)，同時(shí)也存在著參數(shù)攝動(dòng)、負(fù)載擾動(dòng)等不確定性，因此要對(duì)其進(jìn)行高性能的控制比較困難。目前針對(duì)PMSM的控制方法有很多被提出來(lái)，如自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自抗擾控制等。但這些因算法比較復(fù)雜很少有應(yīng)用在實(shí)際的工程中?；Ｗ兘Y(jié)構(gòu)因其對(duì)系統(tǒng)參數(shù)不確定性和外部擾動(dòng)具有良好的不變性，在電機(jī)調(diào)速 領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始被廣泛應(yīng)用，滑模變結(jié)構(gòu)控制具有魯棒性強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，在電機(jī)參數(shù)變化及出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，仍然保證滿(mǎn)意的性能，因而受到越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。但是由于其控制作用的不連續(xù)性，很容易使系統(tǒng)產(chǎn)生抖振，大大影響了實(shí)際控制中的應(yīng)用。高頻切換控制會(huì)在擾動(dòng)和模型參數(shù)攝動(dòng)的作用下導(dǎo)致抖振現(xiàn)象。而抖振的幅值與擾動(dòng)和模型參數(shù)攝動(dòng)的幅度成比例關(guān)系。在電機(jī)控制系統(tǒng)中，抖振會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)推力，影響系統(tǒng)的平穩(wěn)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(tǒng)狀態(tài)在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)平衡點(diǎn)，穩(wěn)態(tài)跟蹤精度高，但仍存在抖振。應(yīng)用飽和函數(shù)代替開(kāi)關(guān)函數(shù)，仿真表明其在一定程度上削弱了抖振，但同時(shí)也減弱了系統(tǒng)的魯棒性。應(yīng)用觀測(cè)器觀測(cè)負(fù)載擾動(dòng)并加以補(bǔ)償，該方法通過(guò)減小非線性項(xiàng)，能較好地減小抖振，但因增加了觀測(cè)器而增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，而且系統(tǒng)抖振的存在影響觀測(cè)精度，實(shí)際難以達(dá)到理想的改善效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種永磁同步電機(jī)控制方法，以提高電機(jī)控制系統(tǒng)的魯棒性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種永磁同步電機(jī)控制方法，采用矢量控制系統(tǒng)，矢量控制系統(tǒng)包括速度外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)兩部分，轉(zhuǎn)速環(huán)的PI控制器采用二自由度高階非奇異終端滑?？刂破魅〈?；二自由度高階非奇異終端滑模控制器的輸入為電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速w*與電機(jī)的實(shí)際反饋轉(zhuǎn)速w之差，判斷給定轉(zhuǎn)速與反饋轉(zhuǎn)速的誤差大小，當(dāng)轉(zhuǎn)速誤差小于I時(shí)，輸出的勵(lì)磁電流是通過(guò)單純的高階滑模非奇異終端控制器計(jì)算實(shí)現(xiàn)的；當(dāng)轉(zhuǎn)速誤差大于I時(shí)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?？刂频妮敵鰹楦唠A非奇異終端滑模的輸出與補(bǔ)償增益之和；其中I的大小可根據(jù)實(shí)際情況和需求設(shè)定。本發(fā)明具有如下有益效果I、本發(fā)明通過(guò)采用將轉(zhuǎn)速環(huán)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(tǒng)滑?？刂品椒ㄖ械那袚Q項(xiàng)加在終端滑?？刂品椒ǖ膶?dǎo)數(shù)上，因此，有效的降低了滑模變結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)控制過(guò)程中的抖振問(wèn)題，從而也提高了系統(tǒng)控制精度，使得轉(zhuǎn)速能可有效的收斂在平衡點(diǎn)附近。2、本發(fā)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(jī)轉(zhuǎn)速控制方法，在消除控制量抖振的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速的快速收斂，并且對(duì)負(fù)載擾動(dòng)具有較強(qiáng)的魯棒性。


圖I是永磁同步電機(jī)控制矢量方法框圖；圖2是本發(fā)明二自由度高階滑模非奇異終端控制框圖；圖3為本發(fā)明二自由度高階滑?？刂频碾姍C(jī)仿真轉(zhuǎn)速波形曲線；圖4為傳統(tǒng)PI控制的電機(jī)仿真轉(zhuǎn)速波形曲線。 圖I中，I.逆變器，2. PMSM模塊，3.信號(hào)檢測(cè)電路，4. Clark變換，5. Park變換，6.測(cè)速編碼器，7. 二自由度高階滑模非奇異終端控制外環(huán)控制器，8.反Park變換，9. SVPWM模塊。
具體實(shí)施例方式一種永磁同步電機(jī)控制方法，采用矢量控制系統(tǒng)，矢量控制系統(tǒng)包括速度外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)兩部分，主要有主電路、電流信號(hào)檢測(cè)電路3和控制電路；參見(jiàn)圖1，主電路包括逆變器I和PMSM模塊2，電流信號(hào)檢測(cè)電路3通過(guò)霍爾傳感器檢測(cè)電機(jī)在三相靜止坐標(biāo)系下的三相電流，取其中的兩相輸出電流iA，iB，經(jīng)過(guò)Clarke變換4，轉(zhuǎn)換為靜止兩相坐標(biāo)系下的電流值i a，i e，在速度環(huán)，給定轉(zhuǎn)速w*與編碼器6測(cè)得的反饋速度w相比較，經(jīng)過(guò)二自由度高階滑模非奇異終端控制外環(huán)控制器7調(diào)節(jié)后，輸出轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的q軸電流，，靜止兩相坐標(biāo)系下的電流值ia，i0以及電機(jī)轉(zhuǎn)子角0經(jīng)過(guò)Park變換5，轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的兩相反饋計(jì)算勵(lì)磁電流電流id和轉(zhuǎn)矩電流i<j，給定勵(lì)磁電流i/與反饋計(jì)算勵(lì)磁電流id相比較，經(jīng)過(guò)電流PI調(diào)節(jié)之后，得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的d軸輸出電壓Ud ;轉(zhuǎn)矩電流與反饋計(jì)算轉(zhuǎn)矩電流i,相比較之后，經(jīng)過(guò)電流PI調(diào)節(jié)后，得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)的q軸輸出電壓u,;此刻，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的兩相電壓u,與Ud經(jīng)過(guò)Park逆變換8之后轉(zhuǎn)換為靜止兩相坐標(biāo)系下的兩相電壓ua、ue，經(jīng)過(guò)SVPWM模塊9的調(diào)節(jié)，產(chǎn)生PWM波，經(jīng)過(guò)三相逆變器之后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。本發(fā)明的主要特點(diǎn)在于，將原有矢量控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速環(huán)的PI控制器采用二自由度高階非奇異終端滑?？刂破魅〈?。二自由度高階非奇異終端滑?？刂破鞯妮斎霝殡姍C(jī)的給定轉(zhuǎn)速w*與電機(jī)的實(shí)際反饋轉(zhuǎn)速w之差，然后判斷給定轉(zhuǎn)速與反饋轉(zhuǎn)速的誤差大小。當(dāng)轉(zhuǎn)速誤差較小時(shí)，輸出的勵(lì)磁電流是通過(guò)單純的高階滑模非奇異終端控制器計(jì)算實(shí)現(xiàn)的；當(dāng)轉(zhuǎn)速誤差較大時(shí)二自由度高階非奇異終端滑?？刂频妮敵鰹楦唠A非奇異終端滑?？刂频妮敵鰹楦唠A非奇異終端滑模的輸出與補(bǔ)償增益之和。其中這里的補(bǔ)償增益是將轉(zhuǎn)速誤差的乘以一個(gè)系數(shù)得到的，這樣當(dāng)轉(zhuǎn)速誤差實(shí)時(shí)改變的時(shí)候輸出的轉(zhuǎn)矩電流也能實(shí)時(shí)的改變，如此可以更加有效的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速更加平穩(wěn)，從而減小了轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，達(dá)到較好的控制效果。圖2中轉(zhuǎn)速偏差是判斷轉(zhuǎn)速的的誤差大小，若轉(zhuǎn)速偏差較大時(shí)，補(bǔ)償增益與高階非奇異終端滑?？刂频妮敵鲋蜑?若轉(zhuǎn)速誤差較小時(shí)，則補(bǔ)償增益為零，即轉(zhuǎn)矩電流iq*為單純的高階非奇異終端滑?？刂频妮敵?。其中高階非奇異終端滑?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)如下轉(zhuǎn)速環(huán)控制器的控制目標(biāo)是電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速能精確跟蹤速度給定，對(duì)外界負(fù)載擾動(dòng)以及摩擦阻力等參數(shù)攝動(dòng)具有完全魯棒性，輸出平滑的交軸電流給定信號(hào)i:。令；給定信號(hào)為03%假設(shè)CO*足夠平滑，幾乎處處具有2階連續(xù)導(dǎo)數(shù)，定義誤差狀態(tài)eu = co*-co(I)根據(jù)永磁同步電動(dòng)機(jī)狀態(tài)方程，可得轉(zhuǎn)速誤差系統(tǒng)狀態(tài)方程為
權(quán)利要求
1.一種永磁同步電機(jī)控制方法，其特征在于采用矢量控制系統(tǒng)，矢量控制系統(tǒng)包括速度外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)兩部分，轉(zhuǎn)速環(huán)的PI控制器采用二自由度高階非奇異終端滑?？刂破魅〈欢杂啥雀唠A非奇異終端滑?？刂破鞯妮斎霝殡姍C(jī)的給定轉(zhuǎn)速Z與電機(jī)的實(shí)際反饋轉(zhuǎn)速W之差，判斷給定轉(zhuǎn)速與反饋轉(zhuǎn)速的誤差大小，當(dāng)轉(zhuǎn)速誤差小于ξ時(shí)，輸出的勵(lì)磁電流是通過(guò)單純的高階滑模非奇異終端控制器計(jì)算實(shí)現(xiàn)的；當(dāng)轉(zhuǎn)速誤差大于ξ時(shí)二自由度高階非奇異終端滑?？刂频妮敵鰹楦唠A非奇異終端滑?？刂频妮敵鰹楦唠A非奇異終端滑模的輸出與補(bǔ)償增益之和；其中ξ的大小可根據(jù)實(shí)際情況和需求設(shè)定。
全文摘要
一種永磁同步電機(jī)控制方法，采用矢量控制系統(tǒng)，矢量控制系統(tǒng)包括速度外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)兩部分，轉(zhuǎn)速環(huán)的PI控制器采用二自由度高階非奇異終端滑?？刂破魅〈欢杂啥雀唠A非奇異終端滑?？刂破鞯妮斎霝殡姍C(jī)的給定轉(zhuǎn)速w*與電機(jī)的實(shí)際反饋轉(zhuǎn)速w之差，判斷給定轉(zhuǎn)速與反饋轉(zhuǎn)速的誤差大小，當(dāng)轉(zhuǎn)速誤差小于ξ時(shí)，輸出的勵(lì)磁電流iq*是通過(guò)單純的高階滑模非奇異終端控制器計(jì)算實(shí)現(xiàn)的；當(dāng)轉(zhuǎn)速誤差大于ξ時(shí)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?？刂频妮敵鰅q*為高階非奇異終端滑模的輸出與補(bǔ)償增益之和；其中ξ的大小可根據(jù)實(shí)際情況和需求設(shè)定。本發(fā)明提高了系統(tǒng)控制精度實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速的快速收斂，并且對(duì)負(fù)載擾動(dòng)具有較強(qiáng)的魯棒性。
文檔編號(hào)H02P21/00GK102969968SQ201210461889
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者尹忠剛, 李 東, 鐘彥儒 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)