基于相對(duì)階的永磁同步電機(jī)Anti-rest Windup平滑非奇異終端滑?？刂品椒?br> 【專利摘要】基于相對(duì)階的永磁同步電機(jī)Anti-rest Windup平滑非奇異終端滑模控制方法，本發(fā)明涉及永磁同步電機(jī)Anti-rest Windup平滑非奇異終端滑模控制方法。本發(fā)明是要解決傳統(tǒng)滑?？刂品椒ǖ母哳l切換控制行為使得永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)誘發(fā)抖振問題，破壞系統(tǒng)的控制連續(xù)性和輸出信號(hào)的平滑性，以及現(xiàn)有逆變器的有限輸出容量使得永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)普遍存在Windup問題。一、永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速矢量控制系統(tǒng)；二、設(shè)計(jì)Anti-reset Windup平滑非奇異終端滑模轉(zhuǎn)速控制器；三、設(shè)計(jì)平滑非奇異終端滑模交軸電流控制器；四、設(shè)計(jì)平滑非奇異終端滑模直軸電流控制器。本發(fā)明應(yīng)用于永磁同步電機(jī)的魯棒控制領(lǐng)域。
【專利說明】基于相對(duì)階的永磁同步電機(jī)Ant i-rest Wi ndup平滑非奇 異終端滑模控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及永磁同步電機(jī)Anti-rest Windup平滑非奇異終端滑?？刂品椒ā?br>
【背景技術(shù)】
[0002] (1)傳統(tǒng)滑?？刂品椒ǖ母哳l切換控制行為使得永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)誘發(fā)抖振 問題，破壞系統(tǒng)的控制連續(xù)性和輸出信號(hào)的平滑性。
[0003] 目前，永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)以傳統(tǒng)的線性滑?？刂品椒ê徒K端滑?？刂品椒☉?yīng) 用最多，相比于工程上常用的PI控制方法更具有魯棒性和優(yōu)良的性能指標(biāo)。然而，滑?？?制的突出控制特性是"切換"，理想的無限快的切換頻率雖然保證了它的魯棒特性，但由于 實(shí)際開關(guān)器件切換頻率的有限性，以及傳感器的檢測(cè)精度、處理器的采樣時(shí)間等具體工程 實(shí)現(xiàn)條件，誘發(fā)抖振問題進(jìn)而破壞系統(tǒng)的控制連續(xù)性和輸出信號(hào)的平滑性，帶來的危害表 現(xiàn)為：激起系統(tǒng)的未建模動(dòng)態(tài)、機(jī)械諧振，引起電流和轉(zhuǎn)矩諧波增加，機(jī)械部件磨損、電機(jī)發(fā) 熱等，成為制約其實(shí)際工程應(yīng)用的突出問題。
[0004] (2)現(xiàn)有逆變器的有限輸出容量使得永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)普遍存在Windup問 題。
[0005] Windup定義為控制器的實(shí)際輸出與計(jì)算輸出不一致問題。以永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速矢 量控制系統(tǒng)為例，考慮到逆變器實(shí)際輸出容量的有限，往往需要對(duì)控制器輸出的最大電流 限幅，即在永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器輸出信號(hào)之后串聯(lián)一個(gè)飽和函數(shù)環(huán)節(jié)
[0006]

【權(quán)利要求】
1. 基于相對(duì)階的永磁同步電機(jī)Anti-restWindup平滑非奇異終端滑?？刂品椒?，其 特征在于它按以下步驟實(shí)現(xiàn)： 一、永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速矢量控制系統(tǒng)： 系統(tǒng)在dq同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型表示為：
其中，ud，Uq分別為定子電壓d、q軸分量；id，iq分別為定子電流d、q軸分量；￥d，F(xiàn)tl 分別為定子磁鏈d、q軸分量；Ld，Lq分別為定子繞組d、q軸等效電感分量，L為定子繞組等 效電感；RS為定子電阻；Vf為轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁鏈；?Υ為負(fù)載轉(zhuǎn)矩；J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；B為摩 擦系數(shù)；ω為機(jī)械角速度；Ρ為轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)； 由于轉(zhuǎn)子磁路對(duì)稱Ld =Lq =L，磁阻轉(zhuǎn)矩為零，最大轉(zhuǎn)矩/電流控制即為id =O控制， 得到永磁同步電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速矢量控制統(tǒng)；其中，所述永磁同步電動(dòng)機(jī)雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速矢量 控制統(tǒng)中包括外環(huán)的轉(zhuǎn)速控制器、內(nèi)環(huán)的交軸電流控制器和直軸電流控制器； 二、 設(shè)計(jì)Anti-resetWindup平滑非奇異終端滑模轉(zhuǎn)速控制器，用于消除因逆變器限幅 作用而存在的windup問題，輸出連續(xù)平滑的交軸電流給定信號(hào)iq* ; 三、 設(shè)計(jì)平滑非奇異終端滑模交軸電流控制器：精確跟蹤交軸電流給定i,*，對(duì)外界擾 動(dòng)以及永磁同步電機(jī)的參數(shù)攝動(dòng)具有完全魯棒性，輸出連續(xù)平滑的交軸電壓控制量uq; 四、 設(shè)計(jì)平滑非奇異終端滑模直軸電流控制器：直軸電流保持id* = 〇,對(duì)外界擾動(dòng)以 及永磁同步電機(jī)的參數(shù)攝動(dòng)具有完全魯棒性，輸出平滑的直軸電壓控制量ud。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相對(duì)階的永磁同步電機(jī)Anti-restWindup平滑非奇異 終端滑?？刂品椒ǎ涮卣髟谟谒霾襟E二中Anti-resetWindup平滑非奇異終端滑模轉(zhuǎn) 速控制器的設(shè)計(jì)過程具體為： (一）、將轉(zhuǎn)速控制器輸出偏差信號(hào)eiq疊加到轉(zhuǎn)速跟蹤偏差^信號(hào)上：假設(shè)轉(zhuǎn)速給定 信號(hào)ω?足夠平滑，轉(zhuǎn)速跟蹤偏差^ =ω?-ω及轉(zhuǎn)速控制器輸出信號(hào)偏差|?%|</；丨變化有 界，其中，Vi> 〇為反饋補(bǔ)償系數(shù)，由式（1)，可得計(jì)及永磁同步電機(jī)windup問題存在的 轉(zhuǎn)速跟蹤偏差系統(tǒng)為
其中，\ =(/<為轉(zhuǎn)速控制器輸出偏差信號(hào)，iq*為交軸電流給定信號(hào)，< 為逆變器限 幅后的實(shí)際輸出交軸電流信號(hào)； (二） 設(shè)計(jì)Anti-resetWindup平滑非奇異終端滑?？刂破鳎肔yapunov穩(wěn)定定 理和滑模等效控制原理設(shè)計(jì)切換作用項(xiàng)iqn自適應(yīng)地消除由于逆變器的限幅作用而存在的 windup問題；人為增加系統(tǒng)的相對(duì)階，利用對(duì)切換作用項(xiàng)iqn的積分作用而輸出連續(xù)平滑的 交軸電流給定信號(hào)iq* ;其中，所述平滑非奇異終端滑模控制器包括非奇異終端滑動(dòng)模態(tài)和 平滑魯棒控制律： (二一）Anti-resetWindup平滑非奇異終端滑?？刂破鞯姆瞧娈惤K端滑動(dòng)模態(tài)1ω設(shè) 計(jì)為 L-eni+rte/^ (3) 式中，設(shè)計(jì)參數(shù)Y1 > 〇,P1,Q1為奇數(shù)，且Kp1Ai1U;由于轉(zhuǎn)速跟蹤偏差系統(tǒng)（2)的相 對(duì)階為1，而對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速跟蹤偏差的微分信號(hào) < 是未知的，所以設(shè)計(jì)高階滑模魯棒精確微 分器實(shí)時(shí)獲得<，即 >'(0 -Vn (0 v0 (t)=V1(t) -λ01y(t)-θω(t) 11/2sign(y(t)-θω(t)) (4) Vl=-^sign(Vf-Vti) 勾=V1 其中，Aci,A1為設(shè)計(jì)參數(shù)，y，V(^PVl為式⑷的狀態(tài)變量；t為時(shí)間，j為y的微分值； (二二） 、基于相對(duì)階和滑模等效控制原理，Anti-resetWindup平滑非奇異終端滑模 控制器的平滑魯棒控制律設(shè)計(jì)為：
式中，為交軸電流給定信號(hào)iq*的等效控制項(xiàng)，iqn為交軸電流給定信號(hào)iq*的切換 控制項(xiàng)；Π，〇為切換控制增益，i> 〇為反饋補(bǔ)償系數(shù)，設(shè)計(jì)參數(shù)k>0需要根據(jù)負(fù)載擾 動(dòng)情況而定，要求滿足々>I/*/廣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于相對(duì)階的永磁同步電機(jī)Anti-restWindup平滑非奇 異終端滑?？刂品椒?，其特征在于所述步驟三中平滑非奇異終端滑模交軸電流控制器具體 為： 定義偏差變量e, =V-i,，由式（1)，可得交軸電流偏差系統(tǒng)為eq =lq -lq =lq + Pmd +Tlq-了 (6) 由于交軸電流控制器的相對(duì)階為1，與步驟二Anti-resetWindup轉(zhuǎn)速平滑非奇異終 端滑?？刂破髟O(shè)計(jì)過程類似，平滑非奇異終端滑模交軸電流控制器可設(shè)計(jì)為
式中，Sq為平滑非奇異終端滑模交軸電流控制器中設(shè)計(jì)的非奇異終端滑動(dòng)模態(tài)，U_為 交軸電壓控制量Uq的等效控制項(xiàng)，IV為交軸電壓控制量Uq的切換控制項(xiàng)；設(shè)計(jì)參數(shù)γ2>0， 設(shè)計(jì)參數(shù)口2,q2為奇數(shù)，且l〈P2/q2〈2,切換控制增益η2>0。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于相對(duì)階的永磁同步電機(jī)Anti-restWindup平滑非奇 異終端滑模控制方法，其特征在于所述步驟四中平滑非奇異終端滑模直軸電流控制器具體 為： 由于i/ = 〇,定義偏差變量ed =i/_id = _id，由式（2)，可得直軸電流偏差系統(tǒng)備d=-h= -P-q+ - 士 (8) 由于直軸電流環(huán)控制系統(tǒng)的相對(duì)階為1，與步驟二Anti-resetWindup轉(zhuǎn)速平滑非奇 異終端滑?？刂破髟O(shè)計(jì)過程類似，平滑非奇異終端滑模直軸電流可設(shè)計(jì)為
式中，Sd為平滑非奇異終端滑模直軸電流控制器中設(shè)計(jì)的非奇異終端滑動(dòng)模態(tài)，為 直軸電壓控制量Ud的等效控制項(xiàng)，Udn為直軸電壓控制量Ud的切換控制項(xiàng)；設(shè)計(jì)參數(shù)γ3>0， 設(shè)計(jì)參數(shù)P3,q3為奇數(shù)，且l〈P3/q3〈2,切換控制增益η3>0。
【文檔編號(hào)】H02P21/00GK104270054SQ201410577905
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】王艷敏, 曹雨晴, 夏紅偉, 申立群 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)