基于变阶次分数阶滑模的永磁同步电机控制装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及交流伺服电机控制技术领域，尤其设及一种基于变阶次分数阶滑模的 永磁同步电机控制装置及方法。
【背景技术】
[0002] 永磁同步电机具有结构紧凑、功率密度高、能量转换效率高、调速范围广、重量轻 等优点，在节能减排、环保低碳等方面优于很多其他类型的电机，因此在强调低碳发展的大 环境下，被广泛应用在工业生产、和各类基于军/民技术的能源系统。
[0003] 但是，永磁同步电机也有最大转矩受永磁体去磁约束、电机结构复杂和系统控制 难度大等缺点，尤其是运行性能会受到外部负载扰动、内部参数变化、对象未建模和非线性 动态特性等不确定性的影响。目前用于永磁同步电机的交流伺服系统的鲁棒控制策略，主 要是非线性控制、自适应控制、山控制、滑模控制等。其中，滑模控制作为一种变结构控制 方法，当系统相轨迹在所设计的滑模面上运动时，对系统参数的不确定项W及外界干扰有 着很强的鲁棒性。
[0004] 在目前的分数阶滑模控制方案中，针对永磁同步电机的速度控制，主要通过基于 速度误差的分数阶微分构造分数阶滑模面S，但是基于此设计的固定阶次滑模控制方案，在 大的初始误差或执行器饱和时，会出现微分饱和效应W及暂态性能下降的现象，从而导致 固定阶次滑模控制方案难W有效应用于需要较高的动态性能的场景，导致运类场景下应用 了固定阶次滑模控制方案的永磁同步电机，出现性能下降，W及速度跟随精度降低的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的实施例提供一种基于变阶次分数阶滑模的永磁同步电机控制装置及方 法，能够解决固定阶次分数阶滑模控制方法中性能下降的问题，并提高跟随精度。
[0006] 为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
[0007] 第一方面，本发明的实施例提供一种基于变阶次分数阶滑模的永磁同步电机控制 装置，包括：电流采集模块、Clark变换模块、位置传感器、第一比较器、第二比较器、第=比 较器、PARK变换模块、PARK逆变换模块、q轴电流控制器、d轴电流控制器、空间矢量脉宽 调制模块、=相逆变器、模糊变阶次控制器、变阶次分数阶滑模转速控制器和永磁同步电机 PMSM；
[0008] 所述变阶次分数阶滑模转速控制器，用于进行转速调节处理并输出处理结果，所 述处理结果包括：向所述第二比较器传输的d-q坐标系下q轴电流给定值d轴电流给 定值C;
[000引所述第二比较器，用于根据每和1。比较得到差值，并将由每和iq比较得到的差值向 所述q轴电流控制器传输，其中，id和iq分别为d-q坐标系下的实际输出电流值，id表示d轴实际输出电流值，iq表示q轴实际输出电流值；
[0010] 所述第S比较器，用于根据!^和id比较得到差值，并将由I;和id比较得到的差值向 所述d轴电流控制器传输；
[0011] 所述q轴电流控制器，用于根据所述由《和iq比较得到的差值，生成q轴电压输出 值Uq,并向所述PARK逆变换模块传输；
[001引所述d轴电流控制器，用于根据所述由苗和id比较得到的差值，生成d轴电压输出 值Ud,并向所述PA服逆变换模块传输；
[001引所述PA服逆变换模块，用于根据Uq和U进行PA服逆变换，生成a- 0坐标系下 的等效电压控制给定值U。和UP，并将U。和UP向所述空间矢量脉宽调制模块传输；
[0014] 所述空间矢量脉宽调制模块，用于根据U。和UP，生成脉冲宽度调制PWM信号，并 向所述=相逆变器传输；
[0015] 所述=相逆变器，用于根据所述脉冲宽度调制信号，生成=相电压信号，并利用所 述=相电压信号控制所述永磁同步电机。
[0016] 第二方面，本发明的实施例提供一种基于变阶次分数阶滑模的永磁同步电机控制 方法，包括：
[0017] 根据电机实际运行速度《和速度给定值COfW比较得到差值e(t)，所述电机为永 磁同步电机PMSM;
[0018] 利用e(t)和变阶次输出a(t)，构造变阶次分数阶滑模面Sy。，其中，a(t)为模糊 变阶次控制器的模糊输出变量，a(t)由所述模糊变阶次控制器根据固定阶次与系统响应 性能之间的关系，W速度误差e(t)作为模糊输入变量，通过模糊逻辑工具生成，所述模糊 逻辑工具包括隶属度函数和模糊规则；
[0019] 通过基于S?设计的变阶次分数阶滑模转速控制器进行转速调节，并得到d-q坐标 系下的电流给定值/;和(6:.
[0020] 根据q轴电流给定值C与q轴实际输出电流值iq比较得到的差值，生成q轴电压 输出值Uq,并根据d轴电流给定值這与d轴实际输出电流值id比较得到的差值，生成d轴电 压输出值Ud;
[002。 根据Ud和Uq进行PA服逆变换处理，得到a-0坐标系下的等效电压控制给定值 U。和UP;
[002引根据U。和UP进行空间矢量脉宽调制，生成脉冲宽度调制PWM信号，并利用所述脉 冲宽度调制信号控制=相逆变器生成=相电压信号；
[0023] 利用所述S相电压信号控制所述永磁同步电机。
[0024] 本发明实施例提供的永磁同步电机的控制装置及方法，在变阶次分数阶滑模转速 控制器的实现阶次a(t)时变，并通过模糊变阶次控制器得到的a(t)比任意固定阶次U 好，系统响应可W获得最佳的控制性能，从而在保持传统分数阶滑模控制器的同时，解决固 定阶次分数阶滑模控制方法中，由于大的初始误差或执行器饱和所导致的积分饱和效应W 及暂态性能下降的问题，并且相对于固定阶次分数阶滑模控制方法具有更好的动态性能和 抗扰动能力，W及更精确的速度跟随精度。
【附图说明】
[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的 附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领 域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W根据运些附图获得其它的附 图。
[0026] 图1为本发明实施例提供的永磁同步电机的控制装置的结构示意图；
[0027] 图2为本发明实施例提供变阶次分数阶滑模转速控制器的运行的逻辑流程示意 图；
[0028] 图3为本发明实施例提供的固定阶次系统响应比较图；
[0029]图4为本发明实施例提供的变阶次滑模控制永磁同步电机的速度响应图；
[0030] 图5为本发明实施例提供的永磁同步电机的控制方法的流程图；
[0031] 图6为本发明实施例提供的永磁同步电机的速度给定与实际运行速度的差值 e(t)的曲线图；
[003引图7为本发明实施例提供的模糊变阶次控制器的模糊阶次输出a(t)的曲线图；
[0033]图8为本发明实施例提供的模糊变阶次控制器的模糊输入变量e(t)的隶属度函 数图；
[0034] 图9为本发明实施例提供的模糊变阶次控制器的模糊输出变量a(t)的隶属度函 数图。
【具体实施方式】
[0035] 为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方 式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示 例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类 似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能 解释为对本发明的限制。
[0036] 本技术领域技术人员可W理解，除非特意声明，运里使用的单数形式"一"、"一 个"、"所述"和"该"也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措 辞"包括"是指存在所述特征、整数、步