基于變階次分?jǐn)?shù)階滑模的永磁同步電機(jī)控制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及交流伺服電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于變階次分?jǐn)?shù)階滑模的 永磁同步電機(jī)控制裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、功率密度高、能量轉(zhuǎn)換效率高、調(diào)速范圍廣、重量輕 等優(yōu)點(diǎn)，在節(jié)能減排、環(huán)保低碳等方面優(yōu)于很多其他類型的電機(jī)，因此在強(qiáng)調(diào)低碳發(fā)展的大 環(huán)境下，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)、和各類基于軍/民技術(shù)的能源系統(tǒng)。
[0003] 但是，永磁同步電機(jī)也有最大轉(zhuǎn)矩受永磁體去磁約束、電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和系統(tǒng)控制 難度大等缺點(diǎn)，尤其是運(yùn)行性能會(huì)受到外部負(fù)載擾動(dòng)、內(nèi)部參數(shù)變化、對(duì)象未建模和非線性 動(dòng)態(tài)特性等不確定性的影響。目前用于永磁同步電機(jī)的交流伺服系統(tǒng)的魯棒控制策略，主 要是非線性控制、自適應(yīng)控制、山控制、滑?？刂频?。其中，滑?？刂谱鳛橐环N變結(jié)構(gòu)控制 方法，當(dāng)系統(tǒng)相軌跡在所設(shè)計(jì)的滑模面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的不確定項(xiàng)W及外界干擾有 著很強(qiáng)的魯棒性。
[0004] 在目前的分?jǐn)?shù)階滑?？刂品桨钢校槍?duì)永磁同步電機(jī)的速度控制，主要通過(guò)基于 速度誤差的分?jǐn)?shù)階微分構(gòu)造分?jǐn)?shù)階滑模面S，但是基于此設(shè)計(jì)的固定階次滑模控制方案，在 大的初始誤差或執(zhí)行器飽和時(shí)，會(huì)出現(xiàn)微分飽和效應(yīng)W及暫態(tài)性能下降的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致 固定階次滑?？刂品桨鸽yW有效應(yīng)用于需要較高的動(dòng)態(tài)性能的場(chǎng)景，導(dǎo)致運(yùn)類場(chǎng)景下應(yīng)用 了固定階次滑?？刂品桨傅挠来磐诫姍C(jī)，出現(xiàn)性能下降，W及速度跟隨精度降低的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的實(shí)施例提供一種基于變階次分?jǐn)?shù)階滑模的永磁同步電機(jī)控制裝置及方 法，能夠解決固定階次分?jǐn)?shù)階滑模控制方法中性能下降的問(wèn)題，并提高跟隨精度。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：
[0007] 第一方面，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種基于變階次分?jǐn)?shù)階滑模的永磁同步電機(jī)控制 裝置，包括：電流采集模塊、Clark變換模塊、位置傳感器、第一比較器、第二比較器、第=比 較器、PARK變換模塊、PARK逆變換模塊、q軸電流控制器、d軸電流控制器、空間矢量脈寬 調(diào)制模塊、=相逆變器、模糊變階次控制器、變階次分?jǐn)?shù)階滑模轉(zhuǎn)速控制器和永磁同步電機(jī) PMSM；
[0008] 所述變階次分?jǐn)?shù)階滑模轉(zhuǎn)速控制器，用于進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)處理并輸出處理結(jié)果，所 述處理結(jié)果包括：向所述第二比較器傳輸?shù)膁-q坐標(biāo)系下q軸電流給定值d軸電流給 定值C;
[000引所述第二比較器，用于根據(jù)每和1。比較得到差值，并將由每和iq比較得到的差值向 所述q軸電流控制器傳輸，其中，id和iq分別為d-q坐標(biāo)系下的實(shí)際輸出電流值，id表示d軸實(shí)際輸出電流值，iq表示q軸實(shí)際輸出電流值；
[0010] 所述第S比較器，用于根據(jù)!^和id比較得到差值，并將由I;和id比較得到的差值向 所述d軸電流控制器傳輸；
[0011] 所述q軸電流控制器，用于根據(jù)所述由《和iq比較得到的差值，生成q軸電壓輸出 值Uq,并向所述PARK逆變換模塊傳輸；
[001引所述d軸電流控制器，用于根據(jù)所述由苗和id比較得到的差值，生成d軸電壓輸出 值Ud,并向所述PA服逆變換模塊傳輸；
[001引所述PA服逆變換模塊，用于根據(jù)Uq和U進(jìn)行PA服逆變換，生成a- 0坐標(biāo)系下 的等效電壓控制給定值U。和UP，并將U。和UP向所述空間矢量脈寬調(diào)制模塊傳輸；
[0014] 所述空間矢量脈寬調(diào)制模塊，用于根據(jù)U。和UP，生成脈沖寬度調(diào)制PWM信號(hào)，并 向所述=相逆變器傳輸；
[0015] 所述=相逆變器，用于根據(jù)所述脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，生成=相電壓信號(hào)，并利用所 述=相電壓信號(hào)控制所述永磁同步電機(jī)。
[0016] 第二方面，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種基于變階次分?jǐn)?shù)階滑模的永磁同步電機(jī)控制 方法，包括：
[0017] 根據(jù)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行速度《和速度給定值COfW比較得到差值e(t)，所述電機(jī)為永 磁同步電機(jī)PMSM;
[0018] 利用e(t)和變階次輸出a(t)，構(gòu)造變階次分?jǐn)?shù)階滑模面Sy。，其中，a(t)為模糊 變階次控制器的模糊輸出變量，a(t)由所述模糊變階次控制器根據(jù)固定階次與系統(tǒng)響應(yīng) 性能之間的關(guān)系，W速度誤差e(t)作為模糊輸入變量，通過(guò)模糊邏輯工具生成，所述模糊 邏輯工具包括隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則；
[0019] 通過(guò)基于S?設(shè)計(jì)的變階次分?jǐn)?shù)階滑模轉(zhuǎn)速控制器進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，并得到d-q坐標(biāo) 系下的電流給定值/;和(6:.
[0020] 根據(jù)q軸電流給定值C與q軸實(shí)際輸出電流值iq比較得到的差值，生成q軸電壓 輸出值Uq,并根據(jù)d軸電流給定值這與d軸實(shí)際輸出電流值id比較得到的差值，生成d軸電 壓輸出值Ud;
[002。 根據(jù)Ud和Uq進(jìn)行PA服逆變換處理，得到a-0坐標(biāo)系下的等效電壓控制給定值 U。和UP;
[002引根據(jù)U。和UP進(jìn)行空間矢量脈寬調(diào)制，生成脈沖寬度調(diào)制PWM信號(hào)，并利用所述脈 沖寬度調(diào)制信號(hào)控制=相逆變器生成=相電壓信號(hào)；
[0023] 利用所述S相電壓信號(hào)控制所述永磁同步電機(jī)。
[0024] 本發(fā)明實(shí)施例提供的永磁同步電機(jī)的控制裝置及方法，在變階次分?jǐn)?shù)階滑模轉(zhuǎn)速 控制器的實(shí)現(xiàn)階次a(t)時(shí)變，并通過(guò)模糊變階次控制器得到的a(t)比任意固定階次U 好，系統(tǒng)響應(yīng)可W獲得最佳的控制性能，從而在保持傳統(tǒng)分?jǐn)?shù)階滑?？刂破鞯耐瑫r(shí)，解決固 定階次分?jǐn)?shù)階滑模控制方法中，由于大的初始誤差或執(zhí)行器飽和所導(dǎo)致的積分飽和效應(yīng)W 及暫態(tài)性能下降的問(wèn)題，并且相對(duì)于固定階次分?jǐn)?shù)階滑?？刂品椒ň哂懈玫膭?dòng)態(tài)性能和 抗擾動(dòng)能力，W及更精確的速度跟隨精度。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的 附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可W根據(jù)運(yùn)些附圖獲得其它的附 圖。
[0026] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的永磁同步電機(jī)的控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供變階次分?jǐn)?shù)階滑模轉(zhuǎn)速控制器的運(yùn)行的邏輯流程示意 圖；
[0028] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的固定階次系統(tǒng)響應(yīng)比較圖；
[0029]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的變階次滑?？刂朴来磐诫姍C(jī)的速度響應(yīng)圖；
[0030] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的永磁同步電機(jī)的控制方法的流程圖；
[0031] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的永磁同步電機(jī)的速度給定與實(shí)際運(yùn)行速度的差值 e(t)的曲線圖；
[003引圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的模糊變階次控制器的模糊階次輸出a(t)的曲線圖；
[0033]圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的模糊變階次控制器的模糊輸入變量e(t)的隸屬度函 數(shù)圖；
[0034] 圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的模糊變階次控制器的模糊輸出變量a(t)的隸屬度函 數(shù)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方 式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。下文中將詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示 例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類 似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能 解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0036] 本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解，除非特意聲明，運(yùn)里使用的單數(shù)形式"一"、"一 個(gè)"、"所述"和"該"也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中使用的措 辭"包括"是指存在所述特征、整數(shù)、步