1.一种基于改进滑模控制器的永磁同步电机矢量控制方法,其特征在于,包括:(1)检测转子角速度ωr和转子角度θ;
(2)采集三相静止坐标系下的三相电流信号ia、ib、ic和三相电压信号ua、ub、uc,经Clark变换,得到αβ坐标系下电流的实际值iα、iβ和电压的实际值uα、uβ;
(3)将电流实际值iα、iβ和电压实际值uα、uβ输入高阶滑模观测器,得到电流观测值和反电动势观测值 构建以电流和反电动势为状态变量的全阶滑模观测器;
(4)将反电动势观测值 输入SOGI‑PLL二阶广义积分自适应滤波器中,滤除反电动势观测值中的谐波,并得到滤波后的角速度观测值 和角度观测值(5)将滤波后的角度观测值 分别进行Park变换和Park反变换,与转子角度检测值θ进行对比,根据对比结果对角度θ进行修正;
(6)采用改进幂次趋近律的滑模转速控制器作为速度环,当系统接近滑模面时,采用快*速幂次趋近律,当系统远离滑模面时,采用双幂次趋近律;以给定的转子角速度ωr和转子角速度检测值ωr的差值做输入,获取q轴的参考电流(7)将角速度观测值 输入滑模扰动观测器,得到扰动输出iq1;将扰动输出iq1与q轴的参考电流 相结合,得到最终的q轴参考电流步骤(6)包括:
(6.1)构建改进幂次趋近律模型:
式(7)中,s为滑模面,表示对s的求导,d3为切换增益,tanh为双曲正切函数, 为自适应系数, d2为函数增益,d2>0;g为滑模面绝对值的幂次系数,sgn(·)为符号函数;d1为切换增益d3的增益系数,d1>0;φ为切换增益d3的放大系数,0<φ<1;η为系统状态变量的指数放大系数,η>0;|x|为系统状态变量;z>1;
(6.2)选取一般滑模面并对其求导得:
式(8)中,表示对s的求导,x1、x2为永磁同步电机的速度跟踪误差,A为大于零的滑模切换增益;
(6.3)定义PMSM速度跟踪误差为:
式(9)中, 为给定的速度参考值;
(6.4)建立PMSM的动态方程:
式(10)中, p为极对数,ψf为永磁体磁链,J为能量密度, TL为负载转矩;iq为旋转坐标系下电流的实际值;
(6.5)结合式(7)、(9)和(10),得到q轴的参考电流
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机矢量控制方法,其特征在于,步骤(1)中,利用编码器检测永磁同步电机的转子角速度ωr和转子角度θ。
3.根据权利要求1所述的永磁同步电机矢量控制方法,其特征在于,步骤(2)中,所述Clark变换,包括:
4.根据权利要求1所述的永磁同步电机矢量控制方法,其特征在于,步骤(3)包括:(3.1)PMSM在αβ坐标系下以定子电流为状态变量的电压方程为:式(3)中,RS为定子电阻,LS为定子电感,eα为反电动势在α轴上的分量,eβ为反电动势在β轴上的分量;
(3.2)在式(3)的基础上增加以反电动势为状态变量的状态方程,得到PMSM在αβ轴下的全阶电流方程为:(3.3)根据式(4)的全阶电流方程构建出以电流和反电动势为状态变量的全阶滑模观测器:式(5)中,为在α轴上的电流分量的观测值, 为在β轴上的电流分量的观测值, 为反电动势在α轴上的分量的观测值, 为反电动势在β轴上的分量的观测值, 为角速度观测值,j和l为观测器增益,sigmoid为激活函数。
5.根据权利要求4所述的永磁同步电机矢量控制方法,其特征在于,步骤(4)包括:在基于二阶广义积分器的自适应滤波器中,输入信号v经过增益k后与滤波器中心频率ω0相乘,随后进行积分操作;此时处理后的信号v’一方面反馈给输入信号v,形成一条负反馈路线;另一条经过积分操作后与滤波器中心频率ω0相乘,得到滞后输出信号90°的正交信号qv’,并将qv’反馈给k倍增益后的输入信号,形成另一条负反馈路线;通过这两条路线实现对信号的自适应滤波。
6.根据权利要求5所述的永磁同步电机矢量控制方法,其特征在于,步骤(4)还包括:通过式(6)得到角度观测值
式(6)中,t为观测时间。
7.根据权利要求1所述的永磁同步电机矢量控制方法,其特征在于,步骤(6.4)中,电流iq通过电流iα和iβPark变换得到,包括:式(12)中,θe为电角度,id和iq均为旋转坐标系下电流的实际值。
8.根据权利要求1所述的永磁同步电机矢量控制方法,其特征在于,步骤(6)还包括:(6.6)利用式(13)的李雅普诺夫函数,对改进幂次趋近律的滑模转速控制器的稳定性进行验证:对式(13)进行求导并结合式(7)得到:
根据式(14)可得该改进幂次趋近律的滑模转速控制器是稳定的。
9.根据权利要求8所述的永磁同步电机矢量控制方法,其特征在于,步骤(7)包括:选取角速度和负载转矩为系统状态变量建立状态方程:式(15)中,Te为电磁转矩,TL为负载转矩, 为角速度检测值的导数, 为负载转矩的导数;
由式(15),可得到系统滑模扰动观测器方程为:式(16)中, 为角速度观测值的导数, 为负载转矩观测值,通过拓展滑模观测器观测得到; 为负载转矩观测值的导数,M为滑模扰动观测器的反馈增益, λ为滑模增益;
通过引入合适的λ与M参数,使滑模扰动观测器运行稳定,从而可以得到扰动输出iq1:式(17)中,KT为负载扰动补偿的前馈增益;
得到最终的q轴参考电流