基于连续终端滑模技术的永磁同步电机速度复合控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于连续终端滑模技术的永磁同步电机速度复合控制方法。根据矢量控制原理，将永磁同步电机系统解耦成速度环和电流环分别进行控制。对速度环采用复合控制方法。本发明设计了连续终端滑模控制器，作为反馈控制器，使永磁同步电机速度在整个调节过程中都具有较快的响应，并且克服了滑模控制的抖振问题；对速度环干扰项采用二阶有限时间干扰观测器，作为前馈补偿器，实时观测和补偿干扰。当无干扰观测误差时，永磁同步电机转速能够有限时间内到达参考转速，当干扰观测误差有界时，永磁电机转速能够有限时间内到达参考转速的邻域。本发明提出的复合控制方法能够有效调节永磁同步电机转速，具有快的调节速度和好的鲁棒性。
【专利说明】基于连续终端滑模技术的永磁同步电机速度复合控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于永磁同步电机的速度控制领域，更具体地，永磁同步电机速度控制系 统中使用连续终端滑模控制器，同时加入二阶有限时间干扰观测器，从而对永磁同步电机 速度实施复合控制的方法。
【背景技术】
[0002] 永磁同步电机因其结构简单、运行可靠、维护方便、效率高、无励磁损耗以及调速 性能好等诸多优点在工业领域有着广泛的应用前景，特别是在电动车辆、航天和电动工具 等方面。在工业应用场合上，永磁同步电机经常会遇到各种干扰。这些干扰来源包括内部干 扰以及外部干扰，例如：摩擦以及负载的扰动。同时，电机的工作环境不同，工作频率不同以 及定子电流不同都将会使得永磁同步电机参数发生改变。比如：定子电阻会随着电机温度 变化而变化，又或者气隙磁通会由于磁路饱合的影响发生改变。这些由扰动导致参数的变 化，会使得控制系统不能很好的获得转子的位置，进而使得控制系统不能很好的控制电机。 因此，很有必要去寻找一种能够很好提高永磁同步电机鲁棒性的控制方法。
[0003] 近些年，许多学者在永磁同步电机的滑模变结构控制方面做了大量的研究。工业 对象的多样化和复杂化对伺服控制的要求很高，希望伺服系统具有较强的抗扰能力，这一 方面可降低用户调试系统的难度，另一方面可在参数时变及干扰强烈等恶劣的工况下保证 系统良好的动态响应和较高的稳态精度。滑模控制是一种高速切换反馈控制。由于滑动模 态的特性是预先设定的，因此系统响应对匹配不确定性和干扰不敏感，提供了在有不确定 和干扰条件下保持系统控制性能的方法，可以赋予系统良好的品质，在直流伺服、机械手控 制、航空航天等领域都有广泛的应用。
[0004] 尽管滑模控制实现简单，对满足匹配条件的外界干扰、不确定性具有自适应性，但 是抖振问题是其固有缺陷，阻碍了滑模控制在实际中的应用。滑模控制中，抖振现象体现了 滑模控制的切换特性。抖振抑制，一定程度上都是以损失滑模控制的鲁棒性或控制精度为 代价的。
[0005] 滑模控制中抖振产生的原因在于：当系统的状态到达滑模面时，其速度不为零，实 际系统的执行器不可避免的存在惯性，从而使状态点穿越滑模面，导致实际的滑模运动不 是准确的发生在滑模面上，从而形成抖振，叠加在理想的滑模面上。抖振将影响系统静态稳 定性（如定位精度）、动态反应能力，严重时甚至使系统产生振荡或不稳定；同时还会增加 系统的额外能耗、减小系统寿命等。
[0006] 80年代末，Slotine等学者在滑模控制中采用连续的饱合函数代替符号函数，实 现准滑动模态控制。边界层的宽度决定了控制的精度，且与边界层宽度成反比。边界层宽 度越大，控制精度越低，系统抖振越小甚至无抖振。该方法是将系统状态控制到滑模面附近 的边界层区域。但是，此种方法在实际中，若边界层的值相对大一些，便会增加系统的稳态 误差，进而损害系统鲁棒性。
[0007] 由于永磁同步电机在实际使用中，会遇到多种干扰，仅依靠滑模控制自身对干扰 和不确定的自适应性，难以实现良好的鲁棒性能。因此，在滑模控制的基础上，加以适当的 干扰观测和补偿等主动抗干扰措施，能够有效降低滑模控制器的增益，提高系统的抗鲁棒 性能。
[0008] 传统滑模面通常设计为线性函数。线性滑模面可以满足线性系统的控制性能要 求，其稳定性分析相对简单。但是，在线性滑模面上，系统最好的收敛是渐近收敛，即当控制 对象具有较高的控制精度要求时，线性滑模面往往不能满足系统控制精度的要求。终端滑 模面，通过将滑模面设计为非线性函数，系统的状态可以在有限时间内收敛到平衡点，相应 的控制律的设计方法和线性滑模面相同。本发明拟采用终端滑模面方法，在有限时间内，确 保系统状态收敛。
【发明内容】
[0009] 本发明提供了基于连续终端滑模技术的永磁同步电机速度复合控制方法。基于矢 量控制，将永磁同步电机按电流、速度解耦成内外环。对于速度环控制，设计连续终端滑模 控制器作为反馈控制器，克服了滑模控制抖振问题，实现速度跟踪的有限时间收敛；对速度 环中存在的干扰，设计了二阶有限时间干扰观测器作为前馈补偿器，实时观测和补偿速度 环中的干扰；前馈反馈控制器串联，构成速度环的复合控制方案。复合控制方法能够提高永 磁同步电机速度环的控制精度、响应快速性和鲁棒性。
[0010] 为了解决上述技术问题，本发明的一种基于连续终端滑模技术的永磁同步电机速 度复合控制方法，包括如下步骤：
[0011] 步骤一：采集定子绕组上的三相电流ia、ib、i。,通过Clark变换，转换成为静止坐 标系下α、β轴的等效电流i a、ie ;通过位置速度传感器获得永磁同步电机的转子位置 Θ，计算Park变换矩阵，将静止坐标系下的电流i a、i e变换为旋转坐标系下d、q轴的电流 id 和 i"
[0012] 步骤二：以永磁同步电机实际转速ω (t)，d、q轴电流id和i,为状态变量，获得 永磁同步电机旋转坐标系下的状态空间表达式，结合矢量控制，令d轴参考电流满足 ，将非线性耦合的永磁同步电机解耦为速度环和电流环，构成内外环结构；并获得解 耦后实际转速ω (t)的二阶微分方程；
[0013] 步骤三：内外环结构中，外环是速度环，参考输入为永磁同步电机的参考转速 ?r(t);以永磁同步电机的参考转速c〇 r(t)和实际转速ω (t)之差，作为速度误差?⑴，并 获得以速度误差ew(t)及其导数^.〇为状态的永磁同步电机速度误差系统状态方程；
[0014] 步骤四：以速度误差ew(t)为自变量，设计终端滑模面函数〇⑴，并依据 的b+++++获得终端滑模控制器；为获得连续终端滑模控制器CNTSMC，以两项〇 (t) 的分数阶绝对值函数M/f ^ 和i切来代替帅》=isifw(cr(_中符号函数 项，其中〇〈P ^1，P 2>1为分数阶，并设定两个大于〇的控制增益L，ri2的值，从而设计出 连续终端滑模控制器Un(t);
[0015] 步骤五：考察步骤三中获得的速度误差系统的状态方程，将能测量、计算获得的信 号作为已知项f (t)，将不能用传感器测量的项、参数变化项以及外界干扰作为速度环干扰 项d(t);根据Aria Levant提出的鲁棒精确微分器理论，，设计二阶有限时间干扰观测器， 观测永磁同步电机速度环干扰项d(t)，获得d(t)的实时观测值歲/);
[0016] 步骤六：依据步骤四中获得的连续终端滑模控制器Un(t)和步骤五中获得的速度 环干扰项实时观测值，在连续终端滑模控制器u n(t)中引入实时观测值歲〇，构造永磁 同步电机的复合控制器広W复合控制器Gw控制器的输出作为电流环输入；
[0017] 步骤七：内外环结构中，内环是电流环，电流环输入来自速度环的输出；由于d轴 参考电流<〇) = 〇,依据步骤二中实际转速ω (t)的二阶微分方程，得到速度环输出与q轴参 考电流（(〇的关系，从而将内外环连接起来；
[0018] 步骤八：永磁同步电机电流环包括d轴和q轴电流环，均采用PI控制器控制， 调节PI控制器比例系数k p和积分系数I使其能够渐近跟踪d轴和q轴电流参考信号
[0019] 步骤九：步骤八中的d、q轴电流环均采用PI控制器d轴电流环的PI控制器输出 为d轴电压u d，q轴电流环的PI控制器输出为q轴电压U,，依据步骤一中获得的永磁同步 电机的转子位置Θ，计算Park逆变换矩阵，对u d和uq进行Park逆变换，转换为α、β坐 标系下的定子电压ua和u e，再通过空间矢量脉宽调制SVPWM技术，对永磁同步电机进行速 度调节。
[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0021] 本发明提出的控制方法正是基于上述问题，实现高精度、鲁棒的永磁同步电机速 度控制，解决永磁同步电机滑模控制的抖振问题和干扰问题，是符合电机技术的应用需求 和发展趋势的。
[0022] 通过对现有文献和技术的全面检索，关于永磁同步电机采用干扰观测器前馈补偿 和连续滑模控制器反馈调节的复合控制方法等方面，尚未发现类似文献和发明。
[0023] 总体而言，通过本发明所构思的技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0024] (1)、提供了一种连续终端滑模控制器设计方法，该方法通过引入两个〇 (t)的分 数阶绝对值函数A |_)|'邮时(0)和+? s/gn(cT(.〇)来代替= 中包含的符号 函数项nsign(〇⑴），其中(Κρ^Ι，Ρ2>1，ηρΟ，η2>0,解决了滑模控制的抖振问题；同 时采用〇〈Ρ '1，Ρ2>1两个范围的分数阶，可以加快被控状态在远离平衡点或者在平衡点 附近的收敛速度，即被控状态在整个调节过程中均具有较快的收敛速度，提高控制系统的 响应速度。
[0025] (2)、提供了一种基于二阶有限时间干扰观测器前馈补偿、连续终端滑模控制器反 馈控制的永磁同步电机速度复合控制策略。通过二阶有限时间干扰观测器补偿速度环中的 干扰，降低了连续终端滑模控制器的增益，同时增强了永磁同步电机速度控制系统的鲁棒 性。
[0026] (3)、通过设计复合控制器D0B-CNTSMC，速度环控制精度与干扰观测误差相关，当 干扰观测误差为零时，电机转速可以在有限时间内无差的收敛到参考速度，速度跟踪误差 有限时间到达平衡点，在干扰观测误差有界￥时，电机转速在有限时间内收敛到参考速度 的￥邻域，速度跟踪误差有限时间到达原点的￥邻域。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 图1是基于矢量控制的永磁同步电机控制系统框图；
[0028] 图2是基于干扰观测器和连续滑模技术的永磁同步电机速度复合控制结构图；
[0029] 图3是突加负载时CNTSMC以及SNTSMC的电机速率曲线；
[0030] 图4是突加负载时在SNTSMC控制下的q轴参考电流以及实际电流；
[0031] 图5是突加负载时在CNTSMC控制下的q轴参考电流以及实际电流；
[0032] 图6是在SNTSMC下干扰观测器的观测值与实际干扰值之间关系；
[0033] 图7是在CNTSMC下干扰观测器的观测值与实际干扰值之间关系；
[0034] 图8是突加负载时D0B-CNTSMC和D0B-SNTSMC下电机的速率曲线；
[0035] 图9是突加负载时D0B-SNTSM控制下的q轴参考电流以及实际电流；
[0036] 图10是突加负载时D0B-CNTSM控制下的q轴参考电流以及实际电流；
[0037] 图11是是突加负载时电机速度与参考值之间的关系曲线；
[0038] 图12是改变速度参考值时D0B-SNTSMC下q轴参考电流和实际电流；
[0039] 图13是改变速度参考值时D0B-CNTSMC下q轴参考电流和实际电流。
【具体实施方式】
[0040] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0041] 本发明实施的一种基于连续终端滑模技术的永磁同步电机速度复合控制方法包 括如下步骤：
[0042] 步骤⑴：采集定子绕组上的三相电流ia、ib、i。，通过Clark变换，转换成为静止 坐标系下α、β轴的等效电流i a、ie ;通过位置速度传感器获得永磁同步电机的转子位置 Θ，计算Park变换矩阵，将静止坐标系下的电流i a、i e变换为旋转坐标系下d、q轴的电流 id 和 i"
[0043] 步骤（2):以永磁同步电机实际转速ω⑴，d、q轴电流id和i,为状态变量，获得 永磁同步电机旋转坐标系下的状态空间表达式，结合矢量控制，令d轴参考电流?ω满足 将非线性耦合的永磁同步电机解耦为速度环和电流环，构成内外环结构；并获得解 耦后实际转速ω (t)的二阶微分方程；
[0044] 步骤（3):内外环结构中，外环是速度环，参考输入为永磁同步电机的参考转速 ?r(t);以永磁同步电机的参考转速c〇 r(t)和实际转速ω (t)之差，作为速度误差?⑴，并 获得以速度误差ew(t)及其导数为状态的永磁同步电机速度误差系统状态方程；
[0045] 步骤（4):以速度误差ew(t)为自变量，设计终端滑模面函数〇⑴，并依据 抑)=1细《(CTW)获得终端滑模控制器；为获得连续终端滑模控制器CNTSMC，以两项 〇 (t) 的分数阶绝对值函数I冲^?別0·(嗜和|_)广吻来代替沖)=.....中符号函数项， 其中(Κρ^Ι, ρ2>1为分数阶，并设定两个大于0的控制增益η2的值,从而设计出连 续终端滑模控制器un(t);
[0046] 步骤（5):考察步骤（3)中获得的速度误差系统的状态方程，将能测量、计算获得 的信号作为已知项f(t)，将不能用传感器测量的项、参数变化项以及外界干扰作为速度环 干扰项d(t);根据Aria Levant提出的鲁棒精确微分器理论，设计二阶有限时间干扰观测 器，观测永磁同步电机速度环干扰项d(t)，获得d(t)的实时观测值扣
[0047] 步骤（6):依据步骤（4)中获得的连续终端滑模控制器队(〇和步骤（5)中获得的 速度环干扰项实时观测值，在连续终端滑模控制器队(〇中引入实时观测值，构造永 磁同步电机的复合控制器^(0，复合控制器化(0控制器的输出作为电流环输入；
[0048] 步骤（7):内外环结构中，内环是电流环，电流环输入来自速度环的输出；由于d轴 参考电流?(/) = 〇,依据步骤（2)中实际转速ω (t)的二阶微分方程，得到速度环输出与q轴 参考电流的关系，从而将内外环连接起来；
[0049] 步骤（8):永磁同步电机电流环包括d轴和q轴电流环，均采用PI控制器控制， 调节PI控制器比例系数k p和积分系数I使其能够渐近跟踪d轴和q轴电流参考信号 /*(,) = 〇, /*(/)；
[0050] 步骤（9):步骤⑶中的d、q轴电流环均采用PI控制器，d轴电流环的PI控制器 输出为d轴电压u d，q轴电流环的PI控制器输出为q轴电压IV依据步骤（1)中获得的永 磁同步电机的转子位置Θ，计算Park逆变换矩阵，对u d和Uq进行Park逆变换,转换为α、 β坐标系下的定子电压ua和110，再通过空间矢量脉宽调制SVPWM技术，对永磁同步电机进 行速度调节。
[0051] 步骤（1)、步骤⑵和步骤（9)中涉及永磁同步电机信号采集、坐标变换和矢量控 制方法。矢量控制的目的是：通过坐标变换，对交流电机的直轴和交轴分量进行解耦，从而 借用直流电机的分析方法进行控制。具体对永磁同步电机而言，先将三相电流变换成二相 电流，也就是实施Clark变换，把三相的定子电流先转变到α、β坐标系下的电流i a、ie， 再通过旋转变换，也就是Park变换，将ia、ie分解成2个直流分量i d、i,(其中id为励磁 电流分量，为转矩电流分量）。I〗=0 , 的参考电流?是由速度控制器输出经变换得到， 经过电流环ΡΙ控制器后得出其d、q轴上的电压分量即ud和U,，而ud和u,通过Park逆变 换则转换为α、β坐标系下的定子电压ua和110。使用空间矢量脉宽调制（SVPWM)技术， 对电压进行调制，从而实现永磁同步电机的速度跟踪控制。基于矢量控制的永磁同步电机 控制系统框图如图1所示。永磁同步电机速度控制系统分为内外两环，内环是电流环，外环 是速度环。
[0052] 步骤（2)中表贴式永磁同步电机的定子有A，B，C三相对称绕组，各绕组轴线在空 间上互差120度，转子上贴有永磁体。在d、q同步旋转坐标系下，非线性强耦合的永磁同步 电机的以i d(t)，iq(t)，ω⑴为状态的状态空间表达式为
[0053]
【权利要求】
1. 一种基于连续终端滑模技术的永磁同步电机速度复合控制方法，其特征在于，包括 如下步骤： 步骤一：采集定子绕组上的三相电流ia、ib、i。,通过Clark变换,转换成为静止坐标系 下a、P轴的等效电流ia、ie ;通过位置速度传感器获得永磁同步电机的转子位置e，计 算Park变换矩阵，将静止坐标系下的电流ia、ie变换为旋转坐标系下d、q轴的电流id和 ; 步骤二：以永磁同步电机实际转速《 (t)，d、q轴电流id和为状态变量，获得永磁同 步电机旋转坐标系下的状态空间表达式，结合矢量控制，令d轴参考电流￠(0满足/>)=〇?将 非线性耦合的永磁同步电机解耦为速度环和电流环，构成内外环结构；并获得解耦后实际 转速《 (t)的二阶微分方程； 步骤三：内外环结构中，外环是速度环，参考输入为永磁同步电机的参考转速《Jt); 以永磁同步电机的参考转速和实际转速《 (t)之差，作为速度误差~(〇,并获得以 速度误差ew(t)及其导数为状态的永磁同步电机速度误差系统状态方程； 步骤四：以速度误差ew(t)为自变量，设计终端滑模面函数〇⑴，并依据 = 获得终端滑模控制器；为获得连续终端滑模控制器CNTSMC，以两项〇 (t) 的分数阶绝对值函数
和
来代替
中符号函数项， 其中(Kp^l,P2>1为分数阶,并设定两个大于0的控制增益H1,H2的值，从而设计出连 续终端滑模控制器Un (t); 步骤五：考察步骤三中获得的速度误差系统的状态方程，将能测量、计算获得的信号 作为已知项f(t)，将不能用传感器测量的项、参数变化项以及外界干扰作为速度环干扰项 d(t);根据AriaLevant提出的鲁棒精确微分器理论，，设计二阶有限时间干扰观测器，观 测永磁同步电机速度环干扰项d(t)，获得d(t)的实时观测值為 步骤六：依据步骤四中获得的连续终端滑模控制器Un(t)和步骤五中获得的速度环干 扰项实时观测值扣；)，在连续终端滑模控制器Un(t)中引入实时观测值扣)，构造永磁同步 电机的复合控制器艮(〇复合控制器€,(0控制器的输出作为电流环输入； 步骤七：内外环结构中，内环是电流环，电流环输入来自速度环的输出；由于d轴参考 电流C⑴=〇,依据步骤二中实际转速《 (t)的二阶微分方程，得到速度环输出与q轴参考电 流的关系，从而将内外环连接起来； 步骤八：永磁同步电机电流环包括d轴和q轴电流环，均采用PI控制器控制，调节PI控 制器比例系数kp和积分系数h，使其能够渐近跟踪d轴和q轴电流参考信号/>) = 〇， 步骤九：步骤八中的d、q轴电流环均采用PI控制器d轴电流环的PI控制器输出为d轴电压ud，q轴电流环的PI控制器输出为q轴电压IV依据步骤一中获得的永磁同步电机 的转子位置0，计算Park逆变换矩阵,对Ud和Utl进行Park逆变换,转换为a、0坐标系 下的定子电压Ua和U0，再通过空间矢量脉宽调制SVPWM技术，对永磁同步电机进行速度调 节。
2. 如权利要求1所述基于连续终端滑模技术的永磁同步电机速度复合控制方法，其 中，步骤四的具体内容包括： 4-1、参考永磁同步电机速度误差系统模型，设计非线性滑模面，即终端滑模面函数 为：
其中，〇⑴为终端滑模变量函数，a是分数阶，l<? =f<2,p和q为正奇数，k。是终 端滑模面函数〇 (t)的参数； 4-2、计算终端滑模面函数〇 (t)的导数：
一方面，在上式中代入4(0的表达式，01^是Un(t)来显式表达，另一方面，以两个〇 (t) 分数阶绝对值函数
来代替其符号函数
，获得40的另一种表达为：
负〇的两种表达是相等的，永磁同步电机速度环连续终端滑模控制器队(〇设计为：
其中，H1,n2是正的控制增益，B为永磁同步电机等效摩擦系数，J为永磁同步电 机等效转动惯量，
是连续函数；由于 (Kp^l，P2>1，P1,P2是分数阶，sign(〇⑴）为〇⑴的符号函数，I〇 (t)I表示〇⑴ 的绝对值； 4-3、速度环连续终端滑模控制器初值设定；已知永磁同步电机速度环连续终端滑模控 制器的形式，在起步时，获得电机的参考速度《Jt)及导数&W，实际速度《 (t)及 导数耐/)，錢〇,误差系统状态ew(t)和4(0,终端滑模面函数0 (t)的初始值，并设定控制 参数Hi，打2，Pi，P2，a，k。，kp，ki; 4- 4、速度环连续终端滑模控制器分析；当干扰d(t) = 0时，即无干扰时，速度误差 ew(t)有限时间Tr内至IJ达滑模面，Tr是速度误差系统状态ew(t) 乂⑴由初始值到达终端滑模 面〇⑴=0的时间；当干扰d(t)关0时，且干扰|d(t) |〈W时，W为干扰的界，速度误差 系统状态6￥(〇,〇0有限时间I；内到达滑模面〇 (t) = 0的W邻域，之后，速度误差系统 状态ew(t)，4(0在〇 (t) = 0的叫邻域趋向原点，并在有限时间Ts内到达原点的叫邻域， Ts为误差系统状态ew(t)，由终端滑模面〇 (t) = 0的W邻域到达原点的W邻域所用 时间。
3.如权利要求1所述基于连续终端滑模技术的永磁同步电机速度复合控制方法，其 中，所述步骤五的具体内容包括： 5- 1、二阶有限时间干扰观测器的设计；对步骤三中获得的永磁同步电机速度误差系统 中的干扰项d(t)，设计二阶有限时间干扰观测器；已知复合控制器5(1),以及《 (t) 的二阶微分方程中的已知项f(t)，d(t)的二阶有限时间干扰观测器的形式设计为
其中，X^X1,A2是观测器增益，
，L为李普希茨常数，Ztl⑴，Z1⑴，Z2⑴是 二阶有限时间干扰观测器的状态变量，Vtl (t)，V1 (t)是二阶有限时间干扰观测器中的辅助变 量；Zl(t)在有限时间Tz内收敛到速度环干扰项d(t)，Tz是二阶有限时间干扰观测器的收敛 时间；即二阶有限时间干扰观测器的状态Z1 (t)是对电机速度环干扰项d(t)的实时观测， 并且在有限时间Tz时刻之后，Z1 (t)能够完全的跟踪d(t)，不存在干扰观测误差；干扰观测 误差ez1 (t)满足
5-2、有限时间干扰观测器初值和参数的设定；在观测器起步时，要设置初始值
，获得复合控制器i7"(〇,co(t)的二阶 微分方程中的已知项f(t)初值，设定参数Atl,Ai，X2,L; 5- 3、永磁同步电机速度环干扰项d(t)二阶有限时间观测器的使用条件；永磁同步电 机速度环干扰项d(t) -般是阶跃信号或者连续信号；当d(t)是阶跃信号时，阶跃发生时刻 干扰d(t)观测误差最大，其余时刻有一定观测误差；当d(t)是连续信号时，任何时刻干扰 值d(t)均可观测。
4.如权利要求1所述基于连续终端滑模技术的永磁同步电机速度复合控制方法，其 中，所述步骤六的具体内容包括： 6- 1、在永磁同步电机速度环连续终端滑模控制器中引入有限时间观测器，进行干扰观 测和前馈补偿，与连续终端滑模控制器构成复合控制；永磁同步电机的复合控制器(7" (0设 计为
6-2、复合控制器初值设定；复合控制器初值设定包括对连续终端滑模控制器初值设定 和有限时间干扰观测器初值设定，其中： 速度环连续终端滑模控制器初值设定是：已知永磁同步电机速度环连续终端滑模控制 器的形式，在起步时，获得电机的参考速度《,(t)及导数成的，实际速度《 (t)及导 数_, 误差系统状态ew(t)和终端滑模面函数〇⑴的初始值，并设定控制器参 数Hi，打2，Pi，P2，a，k。，kp，ki; 有限时间干扰观测器初值的设定是：在观测器起步时，要设置初始值
_ _
_ 获得々W，复合控制器広⑴，〇3(t)的二阶微分方程 中的已知项f(t)初值，设定参数X。，Xi，X2,L; 6-3、永磁同步电机的速度复合控制器性能分析；在复合控制器下，速度误差系统状态 ew(t)和<?对滑模面o(t) =O的到达情况可以分成两种情况；①干扰观测误差ezl = 0， 系统状态有限时间?：内收敛到终端滑模面〇 (t) =0,并沿终端滑模面〇 (t) =0在有限时 间f内收敛到原点，f和f分别是在复合控制器(Tn(I)下，ezl = 0时，ew(t)和之⑴由初始值到 达终端滑模面〇 (t) = 0的时间和由终端滑模面〇 (t) = 0到达原点所用时间；②干扰观 测误差ezl尹0,在复合控制器作用下，系统状态在有限时间f内到达滑模面〇 (t) =0的T 区域，即：
并在￥区域内经过有限时间f后收敛到原点的f邻域；即永磁同步电机误差系统状态ew(t)和久(|)均收敛到原点的-邻域，C和分别是在复合控制器^?)下，ezl关0时，ew(t) 和由初始值到达终端滑模面〇 (t) = 0的时间和由终端滑模面〇 (t) = 0的-邻域到 达原点的W邻域所用时间；；电机实际角速度《 (t)被调节到参考角速度wjt)的甲邻 域，完成速度调节的目标。
5.如权利要求1所述基于干扰观测和连续终端滑模技术的永磁同步电机速度复合控 制方法，其中，所述步骤七的具体内容包括： 电流环输入与速度环输出的关系，在实际转速《 (t)的状态方程建立过程中，考虑复 合控制器CW和q轴参考电流￠(0的关系为
其中s是Laplace变换中的复变量，〖,'(-、?)和{7,,(4是iq (t)和U,)的Laplace函数，kp和 匕是电流环PI控制器的比例系数和积分系数，kf为来自永磁同步电机参数，J为电机等效 转动惯量，故得q轴参考电流与速度环输出仄(〇的关系，将内外环连接起来。
【文档编号】H02P21/00GK104242769SQ201410520288
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】穆朝絮, 徐伟, 贾宏杰, 孙长银 申请人:天津大学