一种永磁同步电机积分滑模预测控制方法技术

本发明专利技术提供一种永磁同步电机积分滑模预测控制方法，包括：首先获取电气平台采样得到的转速传感器信号，将所述转速传感器信号与速度命令相减，传入积分滑模预测速度控制器，计算得到电流控制信号，所述积分滑模预测速度控制器以积分滑模面为目标结构结合预测转速模型构建得到；然后将所述电流控制信号与电气平台采样得到的实际信号做差，将得到的值输入到积分滑模预测电流控制器，输出电压进入电流环，通过空间矢量调制得到脉冲信号；最后将得到的脉冲信号输出给控制电机，驱动电机运行，实现转速环与电流环的控制。本发明专利技术方法实现基于滑模预测速度控制和滑模预测电流控制的级联控制，提高系统响应的鲁棒性与响应速度。提高系统响应的鲁棒性与响应速度。提高系统响应的鲁棒性与响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机积分滑模预测控制方法


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机
，尤其涉及一种永磁同步电机积分滑模预测控制方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电动机以永磁体提供励磁，使电动机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电动机运行的可靠性，又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电动机的效率和功率密度。基于这些优点，永磁同步电机(PMSM)被广泛应用于驱动装置。传统的转速环与电流环的控制器为PI控制器，但是PI控制器的参数设置只能应用于某一特定的工作范围，当点击工作状态发生变化时PI控制器的控制效果降低，且由于永磁同步电机本身是一个强耦合、多变量、非线性的复杂系统，存在永磁体退磁的风险，PI控制器也无法提供较佳的性能。
[0003]目前也提出一些新型的控制算法如模糊控制、自适应控制、预测控制等，但主要还是针对以其中某一种控制方法且仅针对系统中的某一个侧重点进行优化，对整体的控制性能提高有限。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题，在于提供一种永磁同步电机积分滑模预测控制方法，基于滑模预测速度控制和滑模预测电流控制的级联控制，实现系统响应的鲁棒性与快速性。
[0005]本专利技术是这样实现的：一种永磁同步电机积分滑模预测控制方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1、获取电气平台采样得到的转速传感器信号ω
r
，将所述转速传感器信号ω
r
与速度命令相减，传入积分滑模预测速度控制器，计算得到电流控制信号并基于i
d
＝0控制方法得到d轴的电流控制信号所述积分滑模预测速度控制器以积分滑模面为目标结构结合预测转速模型构建得到；
[0007]步骤2、将所述电流控制信号和与分别电气平台采样得到的实际信号i
d
和i
q
做差，将得到的值输入到积分滑模预测电流控制器，输出电压u
q
和u
d
进入电流环，通过空间矢量调制得到脉冲信号；所述积分滑模预测电流控制器是按d
‑
q电流坐标系设计的电流环的滑模预测电流控制器，包括d轴电流控制回路模块和q轴电流控制回路模块；
[0008]步骤3、将得到的脉冲信号输出给控制电机，驱动电机运行，实现转速环与电流环的控制。
[0009]进一步的，所述积分滑模预测速度控制器的具体实现方式如下：
[0010]步骤a1、建立转速环的永磁同步电机模型：
[0011][0012]其中，ω
m
为转子机械角速度，J为转动惯量，T
e
为电磁转矩，T
l
为负载转矩，B为摩擦
系数，ψ
f
为永磁体磁链，i
q
为q轴的电流，P
n
为极对数，为转速的导数；
[0013]步骤a2、确定滑模控制的积分滑模面：
[0014][0015]其中，s
ω
(t)为滑模面，e
ω
(t)为给定值与反馈值的的误差，c
ω
为积分的系数；
[0016]步骤a3、基于预测控制建立经过时间T的滑模面表示为：
[0017][0018]步骤a4、确定滑模面在不同阶的模型：
[0019][0020]其中，c
ω
表示转速环的积分面系数，e
ω
为给定转速与实际转速的偏差，为转速的控制命令值；
[0021]步骤a5、将滑模面代入滑模预测模型架构：
[0022][0023]其中T为控制周期，k
ω
为系数，sgn为符号函数，ε
ω
为符号函数系数；
[0024]步骤a6、得到积分滑模预测速度控制器为：
[0025][0026]进一步的，所述q轴电流控制回路模块具体实现方式如下：
[0027]步骤b1、建立电流环iq轴系数学模型：
[0028][0029]其中，u
q
为q轴的电压，i
d
、i
q
分别为d、q轴的电流，ω
e
为电机转子电角速度，R为定子电阻，L
d
、L
q
分别为d、q轴电感，ψ
f
为永磁体磁链；
[0030]步骤b2、设计电流环积分滑模面：
[0031][0032]其中，s
q
为q轴的电流环积分滑模面，e
q
为给定值与反馈值的误差，c
q
为滑模面系数；
[0033]步骤b3、预测经过时间T的滑模面表示为：
[0034][0035]步骤b4、确定滑模面在不同阶的模型：
[0036][0037]其中，s
q
为q轴电流环滑模面，为q轴电流环滑模面的导数，c
q
为q轴电流环滑模面参数，e
q
为给定值与反馈值的误差；
[0038]步骤b5、将滑模面代入滑模预测模型架构：
[0039][0040][0041]步骤b6、对积分滑模预测q轴电流控制器进行简化：
[0042][0043]进一步的，所述d轴电流控制回路模块具体实现方式如下：
[0044]步骤c1、建立电流环id轴系数学模型：
[0045][0046]其中，u
d
为d轴的电压，i
d
、i
q
分别为d、q轴的电流，ω
e
为电机转子电角速度，R为定子电阻，L
d
、L
q
分别为d、q轴电感；
[0047]步骤c2、设计电流环积分滑模面：
[0048][0049]步骤c3、预测经过时间T的滑模面表示为：
[0050][0051]步骤c4、确定滑模面在不同阶的模型：
[0052][0053]步骤c5、将滑模面代入滑模预测模型架构：
[0054][0055][0056]步骤c6、对积分滑模预测d轴电流控制器进行简化：
[0057][0058]本专利技术具有如下优点：结合积分滑模控制的结构与模型预测控制算法，设计积分滑模预测控制器(ISMPC)，并基于永磁同步电机的转速模型与电流模型，设计滑模预测速度与电流控制算法，实现速度环与电流环的强鲁棒性跟踪，提高系统整体的响应速度。
附图说明
[0059]下面参照附图结合实施例对本专利技术作进一步的说明。
[0060]图1为本专利技术一种永磁同步电机积分滑模预测控制方法执行流程图。
[0061]图2为本专利技术滑模预测控制算法结构示意图。
[0062]图3为本专利技术系统结构示意图。
具体实施方式
[0063]如图1至图3所示，本专利技术提供的一种永磁同步电机积分滑模预测控制方法，包括如下步骤：
[0064]步骤1、获取电气平台采样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机积分滑模预测控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、获取电气平台采样得到的转速传感器信号ω
r
，将所述转速传感器信号ω
r
与速度命令相减，传入积分滑模预测速度控制器，计算得到电流控制信号并基于i
d
＝0控制方法得到d轴的电流控制信号所述积分滑模预测速度控制器以积分滑模面为目标结构结合预测转速模型构建得到；步骤2、将所述电流控制信号和与分别电气平台采样得到的实际信号i
d
和i
q
做差，将得到的值输入到积分滑模预测电流控制器，输出电压u
q
和u
d
进入电流环，通过空间矢量调制得到脉冲信号；所述积分滑模预测电流控制器是按d
‑
q电流坐标系设计的电流环的滑模预测电流控制器，包括d轴电流控制回路模块和q轴电流控制回路模块；步骤3、将得到的脉冲信号输出给控制电机，驱动电机运行，实现转速环与电流环的控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述积分滑模预测速度控制器的具体实现方式如下：步骤a1、建立转速环的永磁同步电机模型：其中，ω
m
为转子机械角速度，J为转动惯量，T
e
为电磁转矩，T
l
为负载转矩，B为摩擦系数，ψ
f
为永磁体磁链，i
q
为q轴的电流，P
n
为极对数，为转速的导数；步骤a2、确定滑模控制的积分滑模面：其中，s
ω
(t)为滑模面，e
ω
(t)为给定值与反馈值的的误差，c
ω
为积分的系数；步骤a3、基于预测控制建立经过时间T的滑模面表示为：步骤a4、确定滑模面在不同阶的模型：其中，c
ω
表示转速环的积分面系数，e
ω
为给定转速与实际转速的偏差，为转速的控制命令值；步骤a5、将滑模面代入滑模预测模型架构：其中T为控制周期，k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪凤翔，李政，柯栋梁，何龙，柯哲涵，
申请(专利权)人：泉州装备制造研究所，
类型：发明
国别省市：