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专利号: 2021115084584
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于固定时间二阶滑模技术的永磁同步电机转速控制方法,其特征在于,设计过程如下

步骤1、建立永磁同步电机在d‑q轴坐标系下的数学模型并定义电机控制系统的滑模面,将电机控制系统转换为带有非匹配扰动的二阶滑模控制系统;

步骤2、设计一种超螺旋扰动观测器,并将观测值前馈补偿到控制器中;

步骤3、为速度环设计固定时间二阶滑模控制器,得到复合控制器。

2.根据权利要求1所述的一种基于固定时间二阶滑模技术的永磁同步电机转速控制方法,其特征在于,在所述步骤1中,永磁同步电机在d‑q轴下的模型为其中,id、iq分别为永磁同步电机定子绕组的d轴电流、q轴电流,ud、uq分别为d轴电压、q轴电压,R为定子电阻,TL为负载转矩,J为电机转动惯量,ω为电机机械角速度,B为摩擦系数,L为电机定子电感,ψf为电机的磁链,P为电机极对数,对整个系统采用id=0的矢量控制;

* *

将永磁同步电机系统的一阶滑模面设为s1=w‑w,式中w为转子期望角速度;

对滑模面s1求导得

其中,s2=iq为电机系统的二阶滑模面, 为电机转矩常数, 为系统非匹配项,且满足 为系统的集总扰动,且|d(t)|≤L,L为一个有界的正常数;

根据上述推导,电机系统的滑模面选择为根据定义的滑模面(2),可以将永磁同步电机系统转化为如下二阶滑模控制系统

其中,虚拟控制器

3.根据权利要求1所述的一种基于固定时间二阶滑模技术的永磁同步电机转速控制方法,其特征在于,步骤2中所述超螺旋扰动观测器设计为其中,符号 定义为 λ1,λ2为观测器增益,v1为辅助变量,和 分别为滑动变量s1和集总扰动d(t)的观测值;

上述超螺旋扰动观测器是由传统超螺旋微分估计器改进而来,通过构造辅助变量v1,将观测器的二阶估计值由滑模系统的二阶滑动变量转变为系统集总扰动,从而实现对扰动的精确观测;此外,需要指出的是,增益λ1,λ2满足矩阵 是Hurwitz的;一般来说,λ1,λ2选取的值越大,观测器的收敛速度越快,但是,太大的增益也会导致系统的过度峰值;因此,增益λ1,λ2的选取要适当。

4.根据权利要求1所述的一种基于固定时间二阶滑模技术的永磁同步电机转速控制方法,其特征在于,步骤3所述的固定时间二阶滑模控制器设计为其中, β2为待设计的控制器增益,a,r1,r2,r3,υ为待设计的控制器参数。

5.根据权利要求5所述的二阶滑模控制器,其特征在于,控制器的参数要求为a,r1,r2,r3,υ满足a≥r1≥r2≥r3>0,r1=r2+μ,r2=r3+μ, 由于虚拟控制器 可知,q轴的期望电流 即实际的速度环控制器可以设计为。

6.根据权利要求5所述的二阶滑模控制器,当观测器的状态变量在有限时间内收敛至期望值时,控制器将使系统状态在固定时间T内到达滑模面 且时间T可以由以下公式估计

其中, σ,τ为大于0的常数,