本发明专利技术公开了一种基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制方法，包括构造分数阶积分滑模面S，并设计分数阶积分滑模转速控制器进行转速调节，本发明专利技术还设计了一种基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制装置；本发明专利技术所设计的基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制方法及装置能够在永磁同步电机控制系统存在参数摄动、负载扰动情况下，实现对电机的高性能速度跟随控制，并克服现有积分滑模控制中由于大的初始误差或执行器饱和所导致的积分饱和效应以及暂态性能下降。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制方法及装置，属于交流伺服电机控制
技术介绍
永磁同步电机具有结构紧凑、功率密度高、能量转换效率高、调速范围广、重量轻等优点，在工业、民用、军事等领域得到广泛的应用。由于永磁同步电机是一个典型的非线性、多变量耦合系统，且其性能受到外部负载扰动、内部参数变化、对象未建模和非线性动态特性等不确定性的影响。为了获得良好的动态响应，一些鲁棒控制策略如非线性控制、自适应控制、H00控制、滑模控制等相继被引入到交流伺服系统的研究中。其中滑模控制以其鲁棒性强、响应快速、物理实现简单等优点而得到研究人员的重视。滑模控制作为一种变结构控制方法，当系统相轨迹在所设计的滑模面上运动时，对系统参数的不确定项以及外界干扰有着很强的鲁棒性。从20世纪90年代中期开始，先后有研究将滑模变结构控制应用到交流伺服系统的控制中。为了进一步解决传统滑模控制中存在的稳态误差问题，可以在滑模面的设计中引入积分项。滑模面中加入积分项可以让系统稳态误差减少、有效削弱抖振的效果、增强控制器的稳定性。针对永磁同步电机的速度控制，现有技术所设计的积分滑模面S定义如下:S = e(t) + C1Jo β{τ') τ ,可以看出现有技术所设计的积分滑模面S是基于速度误差的整数阶积分，因此得到的积分滑模控制器也是·整数阶的，在大的初始误差或执行器饱和时，会导致积分饱和效应以及暂态性能下降等问题。本专利技术中，基于状态变量的分数阶微积分，构造了非线性分数阶积分滑模面，并设计一种新的分数阶积分滑模控制器，应用到永磁同步电机的速度跟随控制系统中，在保持传统整数阶积分滑模控制器的同时，有效的克服了积分饱和效应以及暂态性能下降等问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够在永磁同步电机控制系统存在参数摄动、负载扰动情况下，实现对电机的高性能速度跟随控制，并克服现有积分滑模控制中由于大的初始误差或执行器饱和所导致的积分饱和效应以及暂态性能下降的基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制方法及装置。本专利技术采用如下技术方案解决上述技术问题:本专利技术设计了一种基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制方法，包括如下具体步骤:步骤(I):采集永磁同步电机的三相电流ia、ib、i。，并进行Clark变换,转换成为α-β坐标系下的等效电流込和％ ；步骤(2):通过位置传感器获得永磁同步电机的电机实际运行速度ω和转子位置Θ ;步骤(3):根据步骤(2)中的电机转子位置Θ，将电机转子位置Θ和步骤(I)中α_β坐标系下的等效电流1和ie进行PARK变换，产生d-q坐标系下的实际输出电流值id 和 i“步骤(4):利用步骤(2)中的电机实际运行速度ω与速度给定值比较后的差值e (t)，构造分数阶积分滑模面S ；步骤(5):根据步骤(4)中的分数阶积分滑模面S设计分数阶积分滑模转速控制器进行转速调节，从而得到d-q坐标系下q轴电流给定值；步骤(6):对q轴电流给定值ξ与q轴实际输出电流值比较后的差值进行q轴电流调节处理，产生q轴电压输出值U,，对d轴电流给定值^与d轴实际输出电流值id比较后的差值进行d轴电 流调节处理，产生d轴电压输出值ud，将上述d-q坐标系下的电压输出值Ud和Uq进行PARK逆变换处理，从而得到α-β坐标系下的等效电压控制给定值Ua和U0，对所述等效电压控制给定值Ua和110进行空间矢量脉宽调制，产生PWM信号，利用所述PWM信号控制三相逆变器产生三相电压信号，并利用所述三相电压信号控制永磁同步电机运行。作为本专利技术的一种优化方法:所述步骤(I)中的Clark变换表示为如下矩阵:权利要求1.一种基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，包括如下具体步骤: 步骤(I):采集永磁同步电机的三相电流ia、ib、i。，并进行Clark变换,转换成为α - β坐标系下的等效电流1和ie ;步骤(2):通过位置传感器获得永磁同步电机的电机实际运行速度ω和转子位置Θ ；步骤(3):根据步骤(2)中的电机转子位置Θ，将电机转子位置Θ和步骤(I)中α-β坐标系下的等效电流1和ie进行PARK变换，产生d-q坐标系下的实际输出电流值^和i,; 步骤(4):利用步骤(2)中的电机实际运行速度ω与速度给定值ωΜ 比较后的差值e (t)，构造分数阶积分滑模面S ； 步骤(5):根据步骤(4)中的分数阶积分滑模面S设计分数阶积分滑模转速控制器进行转速调节，从而得到d-q坐标系下q轴电流给定值 步骤(6):对q轴电流给定值< 与q轴实际输出电流值i,比较后的差值进行q轴电流调节处理，产生q轴电压输出值U,，对d轴电流给定值< 与d轴实际输出电流值id比较后的差值进行d轴电流调节处理，产生d轴电压输出值ud，将上述d-q坐标系下的电压输出值Ud和Uq进行PARK逆变换处理，从而得到α-β坐标系下的等效电压控制给定值Ua和U0，对所述等效电压控制给定值Ua和110进行空间矢量脉宽调制，产生PWM信号，利用所述PWM信号控制三相逆变器产生三相电压信号，并利用所述三相电压信号控制永磁同步电机运行。2.根据权利要求1所述的基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，所述步骤(I)中的Clark变换表示为如下矩阵:3.根据权利要求1所述的基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中的PARK变换表示为如下矩阵:4.根据权利要求1所述的基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中构造的分数阶积分滑模面S用如下公式表示:5.根据权利要求1所述的基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，所述步骤(5)中设计的分数阶积分滑模转速控制器的模型为:6.根据权利要求1所述的基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，所述步骤(6)中PARK逆变换表示为如下矩阵:7.一种基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制装置，包括电流采集模块、位置传感器、Clark变换模块、第一比较器、第二比较器、第三比较器、PARK变换模块、q轴电流控制器、d轴电流控制器、PARK逆变换模块、空间矢量脉宽调制模块、三相逆变器和永磁同步电机，其特征在于，还包括分数阶积分滑模转速控制器，其中: 所述电流采集模块用于采集电机三相定子电流ia、ib和i。，并传输至Clark变换模块；所述Clark变换模块用于将电机三相定子电流ia、ib和i。变换为α-β坐标系下的等效电流ia和i e，并将ia和i e传输至PARK变换模块； 所述位置传感器获取永磁同步电机的电机实际运行速度ω和转子位置Θ，并将所述电机转子位置Θ分别传输至PARK变换模块和PARK逆变换模块，将所述电机运行速度ω传输至第一比较器； 所述PARK变换模块将接收到的转子位置Θ和α-β坐标系下的等效电流ia、ie进行PARK变换，产生d-q坐标系下的实际输出电流值id和iq，并将d轴实际输出电流值id传输至第三比较器，将q轴实际输出电流值i,传输至第二比较器； 所述第一比较器将速度给定值与电机实际运行速度ω比较后的差值e(t)传输至分数阶积分滑模转速控制器，所述分数阶积分滑模转本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于分数阶积分滑模的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，包括如下具体步骤：步骤（1）：采集永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic，并进行Clark变换，转换成为α?β坐标系下的等效电流ia和iβ；步骤（2）：通过位置传感器获得永磁同步电机的电机实际运行速度ω和转子位置θ；步骤（3）：根据步骤（2）中的电机转子位置θ，将电机转子位置θ和步骤（1）中α?β坐标系下的等效电流ia和iβ进行PARK变换，产生d?q坐标系下的实际输出电流值id和iq；步骤（4）：利用步骤（2）中的电机实际运行速度ω与速度给定值ωref比较后的差值e(t)，构造分数阶积分滑模面S；步骤（5）：根据步骤（4）中的分数阶积分滑模面S设计分数阶积分滑模转速控制器进行转速调节，从而得到d?q坐标系下q轴电流给定值步骤（6）：对q轴电流给定值与q轴实际输出电流值iq比较后的差值进行q轴电流调节处理，产生q轴电压输出值uq，对d轴电流给定值与d轴实际输出电流值id比较后的差值进行d轴电流调节处理，产生d轴电压输出值ud，将上述d?q坐标系下的电压输出值ud和uq进行PARK逆变换处理，从而得到α?β坐标系下的等效电压控制给定值uα和uβ，对所述等效电压控制给定值uα和uβ进行空间矢量脉宽调制，产生PWM信号，利用所述PWM信号控制三相逆变器产生三相电压信号，并利用所述三相电压信号控制永磁同步电机运行。FDA00003116383500011.jpg,FDA00003116383500012.jpg,FDA00003116383500013.jpg...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄家才，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。