一种永磁同步电机直接转矩控速的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机直接转矩控速的控制方法,首先建立永磁同步电机同步旋转坐标下的数学模型，构建永磁同步电机SVM

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机直接转矩控速的控制方法


[0001]本专利技术属于电机控制
，具体涉及一种永磁同步电机直接转矩控制的新型速度控制方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机是交流电机的一种，由于其具有高密度、效率高和损耗小等优点，在电机控制领域中备受关注。随着永磁同步电机非线性控制策略的发展，在调速系统的基础上采用了很多控制方法，比如模型参考自适应、滑模控制、模型预测控制等。这些非线性控制器可以极大的提高永磁同步电机的调速性能，但是这些方法存在计算量大和依赖精确数学模型等缺点。
[0003]自抗扰控制是韩京清教授提出的一种不依赖于精确数学模型的非线性鲁棒控制方法，具有较强的调节能力和抗扰性，但是存在参数调节复杂的缺点。为了减少可调参数，Hui Zhang和Yuyuan Wang等人在2020年的论文《Research on LADRC strategy of PMSM for road
‑
sensing simulation based on differential evolution algorithm》提出了线性自抗扰控制器，虽然减少了调节参数，但是这种方法只是将快速最优控制综合函数换成了常数，使系统的快速性下降。为了简化参数整定，Jian Luo和Wang Lichao等人在2021年的论文《Low
‑
speed control of PMSM based on ADRC+FOPID》中采用分数阶PID和自抗扰控制相结合的算法，并设计模糊控制器，但模糊规则难于建立。
[0004]滑模控制是一种非线性控制策略，这种控制策略与系统的参数和扰动无关，因此滑模控制鲁棒性强，快速性好，但是也伴随着一定的抖振。毛亮亮和周凯等人在论文《永磁同步电机变指数趋近律滑模控制》采用了一种新型滑模趋近律，降低了系统的抖振，但是提升了计算的复杂度。高阶滑模扩展了传统滑模理论，高阶滑模将不连续的控制量作用在高阶导数上，可以有效的减少系统的抖振，但是滑模变量的导数信息很难获取。超螺旋滑模是从高阶滑模理论背景上进一步发展起来的二阶滑模变结构控制方案，它不仅保留了高阶滑模抑制抖振的优点，同时不需要获取滑模变量的导数信息，但是超螺旋滑模控制策略相较于自抗扰控制策略更依赖精确的数学模型。
[0005]因此为了减少可调参数，提高系统的响应速度，提出了一种永磁同步电机直接转矩控制的新型速度控制方法

技术实现思路

[0006]对于永磁同步电机直接转矩控制系统采用的PI速度控制器易超调和鲁棒性差，传统自抗扰速度控制器参数过多，本专利技术提出了一种新型自抗扰速度控制器，能够实现速度无超调，和较少的可调参数。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的方案是：一种永磁同步电机直接转矩控速度的控制方法，包括以下步骤。
[0008]步骤1：在永磁同步电机运行过程中，编码器实时获得电机的速度信号ω
r
，建立永
磁同步电机运动方程
[0009][0010]式中，ω
m
是机械角速度；T
e
，T
L
是电磁转矩和负载转矩；P
n
是极对数；J是电机的实际转动惯量；B是阻尼粘滞系数。
[0011]步骤2：根据步骤1所示的永磁同步电机运动方程变形可以得到
[0012][0013][0014]式中，b0＝1/J0，J0表示仿真模型中的转动惯量；f表示总扰动。
[0015]步骤3：设滑模变量s＝y
‑
y
*
，则超螺旋滑模控制器表达式为
[0016][0017]式中，k
p
，k
i
是超螺旋滑模控制器的待设计参数且大于零，r为待设计系数，一般取r＝0.5。
[0018]步骤4：依据超螺旋滑模控制器表达式设计超螺旋滑模跟踪微分器，定义速度误差的滑模面函数为
[0019]e0＝v
11
‑
v
*
ꢀꢀꢀ
(5)；
[0020]式中e0表示给定速度信号与其跟踪信号的误差，v
11
为安排过渡过程后的参考速度信号。
[0021]步骤5：依据超螺旋滑模控制器表达式设计超螺旋滑模非线性状态误差反馈控制率，取控制量
[0022][0023]定义误差的滑模面函数为
[0024]e2＝z
11
‑
v
11
ꢀꢀꢀꢀ
(7)；
[0025]式中，e2为永磁同步电机的转速跟踪误差信号。
[0026]步骤6：将步骤2中的总扰动扩张为新的状态，得到线性扩张状态观测器。
[0027]步骤7：引入双曲正切函数进一步减少系统抖振。
[0028]进一步地，对步骤4所定义的滑模面函数求导得到跟踪微分器可以看为单输入单输出系统，对于单输入系统输出系统，为了得到v11，忽略系统不确定的非线性项，则同时结合步骤三所示算法
[0029]得到超螺旋滑模跟踪微分器
[0030][0031]进一步地，步骤5结合步骤3所示的超螺旋滑模算法的二阶滑模控制，同时由于V11的二阶微分有界，仅体现在控制率系数的范围上，因此得到
[0032][0033]即超螺旋滑模状态误差反馈控制率为
[0034][0035]进一步地，将总扰动f扩张为新的状态，即得到线性扩张状态观测器
[0036][0037]进一步地，步骤7中，双曲正切函数为
[0038][0039]最后得到STSM
‑
ADRC控制器。
[0040]本专利技术的有益效果：本专利技术的控制策略相对于传统非线性自抗扰控制减少了六个可调参数，仿真结果表明，本专利技术所提出的STSM
‑
ADRC控制策略与LADRC和PI控制器相比，提高了永磁同步电机调速控制系统的鲁棒性，加快了调速系统的响应速度，简化了控制系统。
[0041]本专利技术首先建立永磁同步电机同步旋转坐标下的数学模型，构建永磁同步电机SVM
‑
DTC控制系统，采用编码器和传感器获得电机的速度和电信号。其次，针对PI速度控制器易超调和传统自抗扰控制器可调参数过多的缺点，提出了改进的自抗扰速度控制方法，该方法基于超螺旋滑模算法的快速性特点，将超螺旋滑模(Super
‑
twisting Sliding Mode,STSM)算法引入到自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)中，设计超螺旋滑模自抗扰控制(STSM
‑
ADRC)新型速度控制器。然后，采用具有光滑连续特性的双曲正切函数h(s)代替符号函数sgn(s)减少新型速度控制方法的抖振。该方法有效的提升了系统的响应能力，减少了可调参数，提高了永磁同步电机直接转矩控制调速系统的鲁棒性。
附图说明
[0042]图1为本专利技术具体实施方式的一种控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机直接转矩控速度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在永磁同步电机运行过程中，编码器实时获得电机的速度信号ω
r
，建立永磁同步电机运动方程式中，ω
m
是机械角速度；T
e
，T
L
是电磁转矩和负载转矩；P
n
是极对数；J是电机的实际转动惯量；B是阻尼粘滞系数；步骤2：根据步骤1所示的永磁同步电机运动方程变形可以得到根据步骤1所示的永磁同步电机运动方程变形可以得到式中，b0＝1/J0，J0表示仿真模型中的转动惯量；f表示总扰动；步骤3：设滑模变量s＝y
‑
y
*
，则超螺旋滑模控制器表达式为式中，k
p
,k
i
是超螺旋滑模控制器的待设计参数且大于零，r为待设计系数，一般取r＝0.5；步骤4：依据超螺旋滑模控制器表达式设计超螺旋滑模跟踪微分器，定义速度误差的滑模面函数为e0＝v
11
‑
v
*
ꢀꢀꢀꢀ
(5)；式中e0表示给定速度信号与其跟踪信号的误差，v
11

【专利技术属性】
技术研发人员：杜海明，胡智宏，高函，申永鹏，杨小亮，刘普，范明杰，陈奇，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：