专利名称：一种永磁同步电机控制方法
技术领域：
本发明涉及一种永磁同步电机控制方法。
背景技术：
永磁同步电机(PermanentMagnet Synchronous Motor缩写为PMSM)具有低惯性、快响应、高功率密度、低损耗、高效率等优点。并且随着永磁材料性能的大幅度提高，其在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛。但因永磁同步电机是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，同时也存在着参数摄动、负载扰动等不确定性，因此要对其进行高性能的控制比较困难。目前针对PMSM的控制方法有很多被提出来，如自适应控制、模糊控制、神经网络、自抗扰控制等。但这些因算法比较复杂很少有应用在实际的工程中。滑模变结构因其对系统参数不确定性和外部扰动具有良好的不变性，在电机调速 领域已经开始被广泛应用，滑模变结构控制具有鲁棒性强、实现简单的优点，在电机参数变化及出现扰动时，仍然保证满意的性能，因而受到越来越多的国内外学者的重视。但是由于其控制作用的不连续性，很容易使系统产生抖振，大大影响了实际控制中的应用。高频切换控制会在扰动和模型参数摄动的作用下导致抖振现象。而抖振的幅值与扰动和模型参数摄动的幅度成比例关系。在电机控制系统中，抖振会产生脉动推力，影响系统的平稳性和定位精度，增加能量损耗。近几年提出的非奇异终端滑模能够使系统状态在有限时间内到达平衡点，稳态跟踪精度高，但仍存在抖振。应用饱和函数代替开关函数，仿真表明其在一定程度上削弱了抖振，但同时也减弱了系统的鲁棒性。应用观测器观测负载扰动并加以补偿，该方法通过减小非线性项，能较好地减小抖振，但因增加了观测器而增加了系统设计的复杂性，而且系统抖振的存在影响观测精度，实际难以达到理想的改善效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种永磁同步电机控制方法，以提高电机控制系统的鲁棒性和动态响应速度。本发明的目的是这样实现的，一种永磁同步电机控制方法，采用矢量控制系统，矢量控制系统包括速度外环和电流内环两部分，转速环的PI控制器采用二自由度高阶非奇异终端滑模控制器取代；二自由度高阶非奇异终端滑模控制器的输入为电机的给定转速w*与电机的实际反馈转速w之差，判断给定转速与反馈转速的误差大小，当转速误差小于I时，输出的励磁电流是通过单纯的高阶滑模非奇异终端控制器计算实现的；当转速误差大于I时二自由度高阶非奇异终端滑模控制的输出为高阶非奇异终端滑模控制的输出为高阶非奇异终端滑模的输出与补偿增益之和；其中I的大小可根据实际情况和需求设定。本发明具有如下有益效果I、本发明通过采用将转速环中的PI控制器用二自由度高阶滑模非奇异终端控制取代，将传统滑模控制方法中的切换项加在终端滑模控制方法的导数上，因此，有效的降低了滑模变结构在系统控制过程中的抖振问题，从而也提高了系统控制精度，使得转速能可有效的收敛在平衡点附近。2、本发明提出基于二自由度高阶滑模非奇异终端的永磁同步电机转速控制方法，在消除控制量抖振的同时，实现了电机转速的快速收敛，并且对负载扰动具有较强的鲁棒性。
图I是永磁同步电机控制矢量方法框图；图2是本发明二自由度高阶滑模非奇异终端控制框图；图3为本发明二自由度高阶滑模控制的电机仿真转速波形曲线；图4为传统PI控制的电机仿真转速波形曲线。 图I中，I.逆变器，2. PMSM模块，3.信号检测电路，4. Clark变换，5. Park变换，6.测速编码器，7. 二自由度高阶滑模非奇异终端控制外环控制器，8.反Park变换，9. SVPWM模块。
具体实施例方式一种永磁同步电机控制方法，采用矢量控制系统，矢量控制系统包括速度外环和电流内环两部分，主要有主电路、电流信号检测电路3和控制电路；参见图1，主电路包括逆变器I和PMSM模块2，电流信号检测电路3通过霍尔传感器检测电机在三相静止坐标系下的三相电流，取其中的两相输出电流iA，iB，经过Clarke变换4，转换为静止两相坐标系下的电流值i a，i e，在速度环，给定转速w*与编码器6测得的反馈速度w相比较，经过二自由度高阶滑模非奇异终端控制外环控制器7调节后，输出转子旋转坐标系下的q轴电流，，静止两相坐标系下的电流值ia，i0以及电机转子角0经过Park变换5，转换为转子旋转坐标系下的两相反馈计算励磁电流电流id和转矩电流i<j，给定励磁电流i/与反馈计算励磁电流id相比较，经过电流PI调节之后，得到两相旋转坐标的d轴输出电压Ud ;转矩电流与反馈计算转矩电流i,相比较之后，经过电流PI调节后，得到两相旋转坐标的q轴输出电压u,;此刻，旋转坐标系下的两相电压u,与Ud经过Park逆变换8之后转换为静止两相坐标系下的两相电压ua、ue，经过SVPWM模块9的调节，产生PWM波，经过三相逆变器之后，驱动电机工作。本发明的主要特点在于，将原有矢量控制系统转速环的PI控制器采用二自由度高阶非奇异终端滑模控制器取代。二自由度高阶非奇异终端滑模控制器的输入为电机的给定转速w*与电机的实际反馈转速w之差，然后判断给定转速与反馈转速的误差大小。当转速误差较小时，输出的励磁电流是通过单纯的高阶滑模非奇异终端控制器计算实现的；当转速误差较大时二自由度高阶非奇异终端滑模控制的输出为高阶非奇异终端滑模控制的输出为高阶非奇异终端滑模的输出与补偿增益之和。其中这里的补偿增益是将转速误差的乘以一个系数得到的，这样当转速误差实时改变的时候输出的转矩电流也能实时的改变，如此可以更加有效的调节系统，使得电机转速更加平稳，从而减小了转速的波动，达到较好的控制效果。图2中转速偏差是判断转速的的误差大小，若转速偏差较大时，补偿增益与高阶非奇异终端滑模控制的输出之和为;若转速误差较小时，则补偿增益为零，即转矩电流iq*为单纯的高阶非奇异终端滑模控制的输出。其中高阶非奇异终端滑模控制器的设计如下转速环控制器的控制目标是电机实际转速能精确跟踪速度给定，对外界负载扰动以及摩擦阻力等参数摄动具有完全鲁棒性，输出平滑的交轴电流给定信号i:。令；给定信号为03%假设CO*足够平滑，几乎处处具有2阶连续导数，定义误差状态eu = co*-co(I)根据永磁同步电动机状态方程，可得转速误差系统状态方程为
权利要求
1.一种永磁同步电机控制方法，其特征在于采用矢量控制系统，矢量控制系统包括速度外环和电流内环两部分，转速环的PI控制器采用二自由度高阶非奇异终端滑模控制器取代；二自由度高阶非奇异终端滑模控制器的输入为电机的给定转速Z与电机的实际反馈转速W之差，判断给定转速与反馈转速的误差大小，当转速误差小于ξ时，输出的励磁电流是通过单纯的高阶滑模非奇异终端控制器计算实现的；当转速误差大于ξ时二自由度高阶非奇异终端滑模控制的输出为高阶非奇异终端滑模控制的输出为高阶非奇异终端滑模的输出与补偿增益之和；其中ξ的大小可根据实际情况和需求设定。
全文摘要
一种永磁同步电机控制方法，采用矢量控制系统，矢量控制系统包括速度外环和电流内环两部分，转速环的PI控制器采用二自由度高阶非奇异终端滑模控制器取代；二自由度高阶非奇异终端滑模控制器的输入为电机的给定转速w*与电机的实际反馈转速w之差，判断给定转速与反馈转速的误差大小，当转速误差小于ξ时，输出的励磁电流iq*是通过单纯的高阶滑模非奇异终端控制器计算实现的；当转速误差大于ξ时二自由度高阶非奇异终端滑模控制的输出为高阶非奇异终端滑模控制的输出iq*为高阶非奇异终端滑模的输出与补偿增益之和；其中ξ的大小可根据实际情况和需求设定。本发明提高了系统控制精度实现了电机转速的快速收敛，并且对负载扰动具有较强的鲁棒性。
文档编号H02P21/00GK102969968SQ201210461889
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月15日 优先权日2012年11月15日
发明者尹忠刚, 李 东, 钟彦儒 申请人:西安理工大学