一种永磁同步电机反步终端滑模控制方法技术

本发明专利技术涉及电机驱动控制技术领域，具体为一种永磁同步电机反步终端滑模控制方法，包括：创建PMSM的数学模型；设计自适应电流观测器；设计反步终端滑模控制器；仿真及实验验证；有益效果为：本发明专利技术提出的永磁同步电机反步终端滑模控制方法针对只有一相电流传感器的PMSM控制系统，设计自适应观测器实现对另外两相电流和时变定子电阻的准确估计。将反步控制与终端滑模控制进行结合，研究了一种基于终端滑模负载观测器的反步控制方法，有效地提高系统的收敛速度，增强系统的鲁棒性。利用李雅普诺夫理论证明了系统的稳定性。仿真及实验结果验证了该方法的有效性。验证了该方法的有效性。验证了该方法的有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机反步终端滑模控制方法


[0001]本专利技术涉及电机驱动控制
，具体为一种永磁同步电机反步终端 滑模控制方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机具有结构简单、效率高、转动惯量较小，过载能力强等优 势,现如今已被大量运用于新能源汽车、高铁、机器人等许多工程领域。常规 的PID调节方式已经不能达到高性能的控制需求，于是，对于交流永磁同步 电机控制方法的研究具有重要的现实意义。
[0003]现有技术中，传统的PMSM的控制系统往往至少需要两相交流电流传感器 来检测电流信号，这种获取电流的方式会增加电机的设计成本及电机本体体 积，当在其中存在一个电流传感器产生故障障或失效时，所获取的电流信息 将会带来系统控制的误差。这将严重影响了PMSM在精度和可靠性要求较高的 场合中的应用；随着现代的非线性控制方法的不断发展，许多先进的控制方 法已经在PMSM控制系统实现应用。
[0004]但是，在调速过程中系统往往存在的不确定性干扰，从而影响系统的稳 定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种永磁同步电机反步终端滑模控制方法，以解 决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种永磁同步电机反步终 端滑模控制方法，所述永磁同步电机反步终端滑模控制方法包括：
[0007]创建PMSM的数学模型；
[0008]设计自适应电流观测器；
[0009]设计反步终端滑模控制器；
[0010]仿真及实验验证。
[0011]优选的，以表贴式PMSM为控制对象，假定永磁体无阻尼作用且空间磁场 分布为正弦分布，不计涡流与磁滞的损耗的情况下，PMSM在dq坐标系和αβ 坐标系下的动态数学模型为
[0012]和
[0013]优选的，在PMSM调速系统中，可用的电流传感器为b相时，根据αβ坐 标系下电流方程，经过Clark变换可得
[0014][0015]优选的，结合反步控制与终端滑模控制各自的优势，设计基于终端滑模负 载观测器的反步终端滑模速度控制器，可得
[0016][0017]可以得到转矩观测器的状态空间表达式为
[0018][0019]优选的，通过MATLAB/Simulink搭建了系统仿真模型。
[0020]一种永磁同步电机反步终端滑模控制系统，该系统由数学模型、自适应 电流观测器、反步终端滑模控制器以及验证模块构成；
[0021]数学模型，用于创建PMSM的数学模型；
[0022]自适应电流观测器，用于设计自适应电流观测器；
[0023]反步终端滑模控制器，用于设计反步终端滑模控制器；
[0024]验证模块，用于仿真及实验验证。
[0025]优选的，所述数学模型中，以表贴式PMSM为控制对象，假定永磁体无阻 尼作用且空间磁场分布为正弦分布，不计涡流与磁滞的损耗的情况下，PMSM 在dq坐标系和αβ坐标系下的动态数学模型为
[0026]和
[0027]优选的，所述自适应电流观测器中，在PMSM调速系统中，可用的电流传 感器为b相时，根据αβ坐标系下电流方程，经过Clark变换可得
[0028][0029]优选的，所述反步终端滑模控制器中，结合反步控制与终端滑模控制各自 的优势，设计基于终端滑模负载观测器的反步终端滑模速度控制器，可得
[0030][0031]可以得到转矩观测器的状态空间表达式为
[0032][0033]优选的，所述验证模块中，通过MATLAB/Simulink搭建了系统仿真模型。
[0034]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0035]本专利技术提出的永磁同步电机反步终端滑模控制方法针对只有一相电流传 感器的PMSM控制系统，设计自适应观测器实现对另外两相电流和时变定子电 阻的准确估计。将反步控制与终端滑模控制进行结合，研究了一种基于终端 滑模负载观测器的反步控制方法，有效地提高系统的收敛速度，增强系统的 鲁棒性。利用李雅普诺夫理论证明了系统的稳定性。仿真及实验结果验证了 该方法的有效性。
附图说明
[0036]图1为PMSM调速系统的控制框图；
[0037]图2为空载响应曲线；
[0038]图3为扰动时转速响应曲线；
[0039]图4为实测转子位置示意图；
[0040]图5升速时转速和相电流波形示意图
具体实施方式
[0041]为了使本专利技术的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清 楚明白，以下结合附图对本专利技术实施例进行进一步详细说明。应当理解，此 处所描述的具体实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅 用以解释本专利技术实施例，并不用于限定本专利技术实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护 的范围。
[0042]实施例一
[0043]请参阅图1至图5，本专利技术提供一种技术方案：一种永磁同步电机反步终 端滑模控制方法，所述永磁同步电机反步终端滑模控制方法包括：
[0044]一、PMSM的数学模型
[0045]以表贴式PMSM为控制对象，假定永磁体无阻尼作用且空间磁场分布为正 弦分布，不计涡流与磁滞的损耗的情况下，PMSM在dq坐标系和αβ坐标系下 的动态数学模型为
[0046][0047][0048]PMSM机械运动方程为：
[0049][0050]电磁转矩方程为
[0051][0052]式中：u
d
、u
q
分别表示为d、q轴的电压分量；i
d
、i
q
分别表示为d、q轴 的电流分量；u
α
、u
β
分别表示为α、β轴的电压分量；i
α
、i
β
分别表示为α、β 轴的电流分量；L表示定子电感；R为电机定子绕组的电阻；ω为电机的电角 速度；ψ
f
为永磁体与定子交链磁链；T
e
为电磁转矩；J为转动惯量；T
L
为负载 转矩；B为粘滞系数；p
n
为极对数。
[0053]二、自适应电流观测器的设计
[0054]假设在PMSM调速系统中，可用的电流传感器为b相时，根据式(2)αβ 坐标系下电流方程，经过Clark变换可得
[0055][0056]对其求导可得
[0057][0058]将式(2)的电流方程代入式(6)可得
[0059][0060]设计b相自适应电流观测器：
[0061][0062]式中，为b相电流观测误差值；分别为定子电阻观测值和i
α
电流观 测值；和为校正项，其中，k1、k2>0。
[0063]定义误差变量：
[0064][0065]将式(8)和式(7)做差，可得
[0066][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反步终端滑模控制方法，其特征在于：所述永磁同步电机反步终端滑模控制方法包括：创建PMSM的数学模型；设计自适应电流观测器；设计反步终端滑模控制器；仿真及实验验证。2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机反步终端滑模控制方法，其特征在于：以表贴式PMSM为控制对象，假定永磁体无阻尼作用且空间磁场分布为正弦分布，不计涡流与磁滞的损耗的情况下，PMSM在dq坐标系和αβ坐标系下的动态数学模型为和3.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机反步终端滑模控制方法，其特征在于：在PMSM调速系统中，可用的电流传感器为b相时，根据αβ坐标系下电流方程，经过Clark变换可得4.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机反步终端滑模控制方法，其特征在于：结合反步控制与终端滑模控制各自的优势，设计基于终端滑模负载观测器的反步终端滑模速度控制器，可得可以得到转矩观测器的状态空间表达式为5.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机反步终端滑模控制方法，其特征在于：通过MATLAB/Simulink搭建了系统仿真模型。6.一种如上述权利要求1
‑
5任意一项所述的永磁同步电机反步终端滑模控制系统，其特征在于：该系统由数学模型、自适...

【专利技术属性】
技术研发人员：王怀震，李洪生，谭雯，谭博，黄毅，
申请(专利权)人：山东新一代信息产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：