【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及永磁同步电机滑模速度控制，尤其是指一种基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法及系统。
技术介绍
1、永磁同步电机(pmsm)因其具有转矩大、能量转换效率高、噪声小及可靠性高等多重优势被广泛应用于风力发电、高精度机床、物流产线等各个领域。21世纪以来，国内外学者针对pmsm的控制策略和控制方法做了大量的研究，传统的线性控制因其算法简单、可靠性强在工控领域被广泛应用，但是高精度机床对于电机的性能要求很高，当出现非线性摩擦力、参数变化和负载扰动等不确定因素影响系统控制性能时，传统的线性控制难以满足。因此，自抗扰控制、滑模变结构控制、自适应控制、遗传算法控制等新型控制开始被人们提出。
2、其中滑模变结构控制因其响应速度快、鲁棒性强等优点，被广泛应用于pmsm控制系统中。然而，传统的滑模控制存在一个问题：趋近速度和系统稳定性往往互相克制，即通过改变滑模参数使得趋近速度变大时，超调量和抖振往往也会变大，而抖振会降低系统的控制性能。此外，实际pmsm控制系统中还存在很多干扰和非线性摩擦，如何提升系统的抗干扰性也是一个重大难题。
技术实现思路
1、为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中滑模趋近速度和稳定性不能兼顾的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法，该方法包括：
3、s1：构建三相永磁同步电机的数学模型；
4、s2：基于所述数学模型，设计滑模速度控制器，包括：结合不同
5、s3：基于改进的趋近律得到控制律，利用所述控制律对三相永磁同步电机在不同状态下的趋近速度大小进行自适应调整。
6、在本专利技术的一个实施例中，构建d-q坐标系下的三相永磁同步电机数学模型为：
7、
8、式中，id、iq为定子电流的d、q轴分量，ud、uq为定子电压的d、q轴分量，rs为定子电阻，ld、lq为定子电感的d、q轴分量，w为电机实际转速，p为电机极对数，ψf为永磁体与定子交链磁链，te为电磁转矩，tl为负载转矩，j为转动惯量。
9、在本专利技术的一个实施例中，结合不同积分项系数设计积分切换滑模面为：
10、
11、式中，e为电机预设转速和实际转速的误差，e＝w*-w，w*为可预设的电机期望转速，λ1、λ2为控制因子。
12、在本专利技术的一个实施例中，利用控制因子λ2在所述滑模速度控制器启动阶段，即e＞15时增大趋近速度，利用控制因子λ1在所述滑模速度控制器进入稳定阶段，即e≤15时抑制超调量。
13、在本专利技术的一个实施例中，采用模糊控制算法对趋近律进行改进，得到改进后的趋近律为：
14、
15、式中，ε＞0，α＞0，β＞0，k*＞0且k*为趋近律的模糊增益，s为所述积分切换滑模面。
16、在本专利技术的一个实施例中，得到控制律的步骤包括：
17、对所述积分切换滑模面求导，得到：
18、
19、由得到控制律iq和趋近律的数学关系式：
20、
21、由于未设置扰动观测器，因此不考虑tl，得到控制量函数iq，即所述定子电流q轴分量为：
22、
23、结合改进的趋近律，得到最终的控制律为：
24、
25、式中，为电机预设转速和实际转速的误差e的导数，sat(·)为饱和函数。
26、在本专利技术的一个实施例中，所述趋近律的模糊增益是以变量e和作为输入，经由模糊控制算法计算得到的，设置模糊规则和隶属度函数，实现电机系统的趋近速度以模糊规则动态变化。
27、在本专利技术的一个实施例中，所述模糊控制算法为mamdani模糊算法和重心反模糊化算法。
28、在本专利技术的一个实施例中，利用lyapunov函数进行判定，先对该函数进行求导，代入所述积分切换滑模面和改进的趋近律，得到：
29、
30、式中，由于ε＞0，|αe|β|s|＞0，s·sat(s)＞0，k*＞0，s2＞0，可得说明所述滑模速度控制器进入稳定阶段。
31、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种模糊切换滑模的永磁同步电机调速系统，该系统包括以下模块：
32、电机模型构建模块，用于构建三相永磁同步电机的数学模型；
33、滑模速度控制器设计模块，用于基于所述数学模型，设计滑模速度控制器，包括：结合不同积分项系数设计积分切换滑模面，根据所述积分切换滑模面，设计趋近律，并采用模糊控制算法对所述趋近律进行改进；
34、电机自适应调整模块，用于基于改进的趋近律得到控制律，利用所述控制律对三相永磁同步电机在不同状态下的趋近速度大小进行自适应调整。
35、本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
36、本专利技术所述的基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法及系统采用了切换滑模面，结合了积分滑模面中不同积分项系数的优点，提升了电机系统启动阶段的响应速度并降低了超调量；在趋近律内加入幂指项，利用幂指函数的数学特性提升系统的综合性能；使用模糊算法改进趋近律，实现了依据系统状态对趋近速度大小的自适应调整，提高了系统抗扰动能力，解决了永磁同步电机受扰动时存在的转速波动和不稳定的问题。
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1.一种基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法，其特征在于：构建d-q坐标系下的三相永磁同步电机数学模型为：
3.根据权利要求2所述的基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法，其特征在于：结合不同积分项系数设计积分切换滑模面为：
4.根据权利要求3所述的基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法，其特征在于：利用控制因子λ2在所述滑模速度控制器启动阶段，即e＞15时增大趋近速度，利用控制因子λ1在所述滑模速度控制器进入稳定阶段，即e≤15时抑制超调量。
5.根据权利要求3所述的基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法，其特征在于：采用模糊控制算法对趋近律进行改进，得到改进后的趋近律为：
6.根据权利要求5所述的基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法，其特征在于：得到控制律的步骤包括：
7.根据权利要求5所述的基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法，其特征在于：所述趋近律的模糊增益是以变量e和作为输入，经由模糊控制算法计算得到的，设置模
8.根据权利要求1或7所述的基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法，其特征在于：所述模糊控制算法为Mamdani模糊算法和重心反模糊化算法。
9.根据权利要求5所述的基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法，其特征在于：所述滑模速度控制器进入稳定阶段的判定方法为：利用Lyapunov函数进行判定，先对该函数进行求导，代入所述积分切换滑模面和改进的趋近律，得到：
10.一种基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法，其特征在于：构建d-q坐标系下的三相永磁同步电机数学模型为：
3.根据权利要求2所述的基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法，其特征在于：结合不同积分项系数设计积分切换滑模面为：
4.根据权利要求3所述的基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法，其特征在于：利用控制因子λ2在所述滑模速度控制器启动阶段，即e＞15时增大趋近速度，利用控制因子λ1在所述滑模速度控制器进入稳定阶段，即e≤15时抑制超调量。
5.根据权利要求3所述的基于模糊切换滑模的永磁同步电机调速方法，其特征在于：采用模糊控制算法对趋近律进行改进，得到改进后的趋近律为：
6.根据权利要求5所述的基于模糊...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱其新，李旭阳，张拥军，眭立洪，刘红俐，丁一峰，杨羽萌，许兵，张德义，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：
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