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专利号: 2023109035908
申请人: 湖南工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

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新型超局部模型,具体表达为;

式中 ; ; ; ; 

; 为电角速度,为d轴电流,为q轴电流; 为d轴电压, 为q轴电压; 和 为比例因子, 、 、 和 、 、 为待设计参数; 为 为新型超局部模型的未知部分, 为转速环未知量, 为d轴未知量, 为q轴未知量;

步骤2:电流传感器(5)将检测到的定子电流 和 传送至Clarke变换模块(6),得到轴电流 、 轴电流 ;位置和速度检测模块(10)检测到电位置角 和电角速度 ;再将电流 、 和电位置角 传送至Park变换模块(7),得到 轴电流 、轴电流 ;电角速度 、电流 、传送至扩展滑模扰动观测器模块(9),得到 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 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 的观测值; ; 为观测器的

滑模控制律, 、 、 分别为转速环、 轴电流环、 轴电流环的滑模控制律;

, 为控制增益矩阵, 、 为转速环控制增

益,、 、 为 轴电流环控制增益, 、 为 轴电流环控制增益;

为比例系数矩阵, 、 、 分别为转速环、 轴电流环、 轴电流环的比例系数;

步骤2.3,当 , 时,其中 , ,所述的扩展滑模扰动观测器模块(9)稳定,此时有 。

2.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 轴电流 、 轴电流、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 ;式中, , ;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、 轴电流环、轴电流环的连续快速终端滑模面; 、 为控制增益矩阵, 、 为转速环控制增益, 、 为 轴电流环控制增益, 、 为 轴电流环控制增益,且均为正数; , , , 、为奇常数; 为符号函数;

步骤3.3,选取终端滑模趋近律为

式中, 、 均为控制增益矩阵, 、 为转速

环控制增益, 、 为 轴电流环控制增益, 、 为 轴电流环控制增益,且均为正数;

为待设计的正常数,满足 ;

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

3.式中,为转速‑电流环无模型连续快速终端滑模控制器的控制律, 为 的等效控制分量, 为 的切换控制分量;为积分符号,为积分变量,t是积分上限;

当 时,其中 , , 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 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 轴参考电压 、 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)。

4.一种永磁同步电机无模型连续快速终端滑模容错控制系统,其特征在于,包括扩展滑模扰动观测器模块(9)、转速‑电流环无模型连续快速终端滑模控制器模块(8),其中:扩展滑模扰动观测器模块(9)分别与Park变换模块(7)、位置和速度检测模块(10)、转速‑电流环无模型连续快速终端滑模控制器模块(8)相连,根据Park变换模块(7)输出的d轴电流 、轴电流 、电角速度 观测出 的观测值 ,并将 输出至转速‑电流环无模型连续快速终端滑模控制器模块(8);

转速‑电流环无模型连续快速终端滑模控制器模块(8)分别与位置和速度检测模块(10)、扩展滑模扰动观测器模块(9)、Park变换模块(7)相连,根据参考电角速度 、d轴电流、轴电流 、扩展滑模扰动观测器模块(9)输出的 ,输出d轴参考电压 、q轴参考电压;

所述一种永磁同步电机无模型连续快速终端滑模容错控制系统采用权利要求1所述的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。

5.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机无模型连续快速终端滑模容错控制系统,其特征在于,转速‑电流环无模型连续快速终端滑模控制器模块(8)输出的 轴的参考电压、轴的参考电压 传送至Park逆变换模块(4),得到 轴参考电压 、 轴参考电流;将 、 传送至SVPWM控制模块(3),得到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)。

6.根据权利要求2‑3中任一项所述的一种永磁同步电机无模型连续快速终端滑模容错控制系统,其特征在于,电流传感器(5)检测永磁同步电机电流 和 ;电流 和 输入到Clark变换模块(6)得到 轴电流 、 轴电流 ;位置和速度检测模块(10)检测到永磁同步电机电位置角 ;电流 、 和永磁同步电机电位置角 传送至Park变换模块(7),得到在d轴电流 、q轴电流 。