申请/专利权人：湖南工业大学

申请日：2023-07-22

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN116846271B

主分类号：H02P21/00

分类号：H02P21/00;H02P21/13;H02P21/05;H02P21/22;H02P25/022;H02P25/024;H02P27/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2023.10.24#实质审查的生效;2023.10.03#公开

摘要：本发明公开了一种永磁同步电机无模型连续快速终端滑模容错控制方法及系统，所采用无模型连续快速终端滑模容错控制方法与传统的PI控制器和无模型控制器相比，能有效提高参数摄动和外部负载扰动下的容错控制能力，减少控制器对系统模型的依赖，更加适用于永磁同步电机这类非线性时变系统，同时采用扩展滑模扰动观测器估算超局部模型的未知部分，增强本发明方法的鲁棒性，有效提高了永磁同步电机系统的抗干扰能力；本发明的控制方法具有控制精度高及响应速度快，能够有效抑制参数摄动产生的电流谐波和转矩脉动，进而改善牵引系统在复杂工况下的控制性能。

主权项：1.一种永磁同步电机无模型连续快速终端滑模容错控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立永磁同步电机控制系统转速环与电流环的超局部模型，具体表达为 式中x＝[ωeidiq]T；F＝[FωFdFq】T；α＝diagaω,αd,αq；u＝[iquduq]T；β＝diagβω,βd,βq；ωe为电角速度，id为d轴电流，iq为q轴电流；ud为d轴电压，uq为q轴电压；α和β为比例因子，αω、αd、αq和βω、βd、βq为待设计参数；F为F为超局部模型的未知部分，Fω为转速环未知量，Fd为d轴未知量，Fq为q轴未知量；步骤2：电流传感器5将检测到的定子电流ia和ib传送至Clarke变换模块6，得到α轴电流iα、β轴电流iβ；位置和速度检测模块10检测到电位置角θe和电角速度ωe；再将电流iα、iβ和电位置角θe传送至Park变换模块7，得到d轴电流id、q轴电流iq；电角速度ωe、电流id、iq传送至扩展滑模扰动观测器模块9，得到F的观测值所述步骤2中的扩展滑模扰动观测器模块9设计的具体过程为：步骤2.1，选择滑模面为式中，为x的观测值；步骤2.2，扩展滑模扰动观测器模块9的具体表达式为 其中，为F的观测值；usmo＝-k1l-k2sgnl；usmo＝[uωsmoudsmouqsmo]T为观测器的滑模控制律，uωsmo、udsmo、uqsmo分别为转速环、d轴电流环、q轴电流环的滑模控制律；k1＝diagk1ω,k1d,k1q，k2＝diagk2ω,k2d,k2q为控制增益矩阵，k1ω、k2ω为转速环控制增益，k1d、k2d为d轴电流环控制增益，k1q、k2q为q轴电流环控制增益；G＝[GωGdGq]T为比例系数矩阵，Gω、Gd、Gq分别为转速环、d轴电流环、q轴电流环的比例系数；步骤2.3，当k10，k2|γ|时，其中所述的扩展滑模扰动观测器模块9稳定，此时有步骤3：设计转速-电流环无模型连续快速终端滑模控制器扩展滑模扰动观测器模块9输出的Park变换模块7输出的d轴电流id、q轴电流iq、参考电角速度传送到转速-电流环无模型连续快速终端滑模控制器模块8，得到d轴参考电压q轴参考电压所述步骤3中的转速-电流环无模型连续快速终端滑模控制器模块8设计的具体过程为：步骤3.1，定义状态误差为e＝x*-x；式中，e＝[eωedeq]T，其中为参考电角速度、为d轴参考电流，为q轴参考电流；选择控制器的状态变量为 得到状态方程 步骤3.2，选取连续快速终端滑模面为 式中，为连续快速终端滑模面，分别为转速环、d轴电流环、q轴电流环的连续快速终端滑模面；λ1＝diagλ1ω,λ1d,λ1q、λ2＝diagλ2ω,λ2d,λ2q为控制增益矩阵，λ1ω、λ2ω为转速环控制增益，λ1d、λ2d为d轴电流环控制增益，λ1q、λ2q为q轴电流环控制增益，且均为正数；0g22，g1g2，g2＝pq，p、q为奇常数；sgn·为符号函数；步骤3.3，选取终端滑模趋近律为 式中，ε1＝diagε1ω,ε1d,ε1q、ε2＝diagε2ω,ε2d,ε2q均为控制增益矩阵，ε1ω、ε2ω为转速环控制增益，ε1d、ε2d为d轴电流环控制增益，ε1q、ε2q为q轴电流环控制增益，且均为正数；g3为待设计的正常数，满足0g31；步骤3.4，设计的转速-电流环无模型连续快速终端滑模控制器模块8的具体表达式为 式中，u为转速-电流环无模型连续快速终端滑模控制器的控制律，χeq为u的等效控制分量，χf为u的切换控制分量；∫为积分符号，τ为积分变量，t是积分上限；当时，其中N≥0，为的导数，转速-电流环无模型连续快速终端滑模控制器模块8状态误差e将在有限时间内收敛，所设计的控制器稳定；步骤4：d轴参考电压和q轴参考电压传送至Park逆变换模块4，得到α轴参考电压β轴参考电压将传送至SVPWM控制模块3，得到的触发脉冲传送至逆变器模块2，输出三相电压驱动永磁同步电机1。

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