CN105915137B - 一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制方法和装置 - Google Patents

一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制方法和装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制方法和装置，该方法包括：基于预先获取的变指数趋近律为s'＝‑ε*fal(s,α,δ)/s2‑ks的滑模变结构，永磁同步电机的转矩方程和运动方程计算得到第一参考电流；计算第一参考电流与永磁同步电机的第一电流的第一差值，以及计算预先输入的第二参考电流与永磁同步电机的第二电流的第二差值；分别基于第一差值和第二差值进行比例和积分调节，得到第一电压分量和第二电压分量；根据转子角位移对第一电压分量和第二电压分量进行派克逆变换，得到第一电压和第二电压；对第一电压和第二电压进行空间矢量脉宽调制，得到脉宽信号，并依据脉宽信号生成三相电流控制永磁同步电机运行，以实现改善抖振现象及其所带来的问题的目的。

Description

一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制方法和装置
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，更具体地说，涉及一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制方法和装置。
背景技术
永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)具有体积小、结构简单、效率高等优点，因此，在交流伺服系统中应用广泛。交流伺服系统对于系统性能要求较高，当受到内部参数或者外界扰动等因素的影响时，常规的比例调节和积分调节(Proportional Integral control，PI控制)的方法并不能满足交流伺服系统的控制要求。因此，通常采用滑模变结构的控制方法来满足交流伺服系统的控制要求。
但是，在实际滑模变结构方法的控制过程中，由于开关器件的时滞及惯性等因素的影响，系统的状态到达滑模面后，不是保持在滑模面上作滑动运动,而是在滑模面附近作来回穿越运动，甚至产生极限环振荡,这种现象就是滑模变结构控制系统所固有的抖振现象。它可能激发其系统中未建模的高频成分，引起系统的高频振荡。
因此，如何改善抖振现象及其所带来的问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制方法，以实现改善抖振现象及其所带来的问题的目的。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制方法，包括：
基于预先获取的变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks的滑模变结构，旋转坐标系下的所述永磁同步电机的转矩方程和所述永磁同步电机的运动方程计算得到定子的第一参考电流
其中，k为指数趋近项系数，且k＞0，fal(s,α,δ)为开关函数，0＜α＜1，0＜δ＜1，sgn(·)为符号函数；Te为电磁转矩，p为转子极对数，ψ为转子永磁体产生的磁链，T1为负载转矩，B为摩擦系数，J为转动惯量，s为滑模函数s＝c∫e+e，其中，c为滑模面参数，c＞0，e＝ω*-ωe，ω*为输入的参考角速度，ωe为转子角速度；
计算所述第一参考电流iq *与所述永磁同步电机的第一电流iq的第一差值，以及计算预先输入的第二参考电流id *与所述永磁同步电机的第二电流id的第二差值；
其中，所述第一电流iq和所述第二电流id为所述永磁同步电机在所述旋转坐标下定子的电流，由三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic基于转子角位移θ进行三相变两相得到；
分别基于所述第一差值和所述第二差值进行比例和积分PI调节，得到所述旋转坐标系下对应第一差值的第一电压分量uq *，及对应第二差值的第二电压分量ud *；
根据所述转子角位移θ对所述第一电压分量uq *和所述第二电压分量ud *进行派克逆变换，得到定子的第一电压uα和第二电压uβ；
对所述第一电压uα和所述第二电压uβ进行空间矢量脉宽调制，得到脉宽信号，并依据所述脉宽信号生成三相电流控制所述永磁同步电机运行。
优选的，所述预先获取的变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks的滑模变结构，具体包括：
根据采样周期内转子的角位移θ，计算得到所述转子的角速度ωe；
利用输入的参考角速度ω*和所述转子角速度ωe的差值e＝ω*-ωe构造滑模函数s＝c∫e+e；其中，c为滑模面参数，c＞0；
基于所述滑模函数构造变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks；
验证所述变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks是否满足滑模控制可达性条件V'(x)＝ss'＜0，如果满足，则确定所述变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks；
其中，V(x)为李雅普诺夫函数，
优选的，所述基于变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks的滑模变结构，旋转坐标系下的所述永磁同步电机的转矩方程和所述永磁同步电机的运动方程计算得到定子的第一参考电流具体包括：
将变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks、所述转矩方程以及所述运动方程联立，计算得到
优选的，所述第一电流iq和所述第二电流id由三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic基于转子角位移θ进行三相变两相得到，包括：
将所述三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic进行克拉克变换，得到两相平面直角坐标系下的iα、iβ；
将所述两相平面直角坐标系下的iα、iβ经过派克变换，得到所述旋转坐标系下的所述第一电流iq和所述第二电流id。
优选的，所述第二参考电流id *为0。
一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制装置，包括：
第一参考电流确定模块，用于基于预先获取的变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks的滑模变结构，旋转坐标系下的所述永磁同步电机的转矩方程和所述永磁同步电机的运动方程计算得到定子的第一参考电流
其中，ε＞0，k为指数趋近项系数，且k＞0，fal(s,α,δ)为开关函数，0＜α＜1，0＜δ＜1，sgn(·)为符号函数；Te为电磁转矩，p为转子极对数，ψ为转子永磁体产生的磁链，T1为负载转矩，B为摩擦系数，J为转动惯量，s为滑模变结构的函数s＝c∫e+e，其中，c为滑模面参数，c＞0，e＝ω*-ωe，ω*为输入的参考角速度，ωe为转子角速度；
第一差值计算模块，用于计算所述第一参考电流iq *与所述永磁同步电机的第一电流iq的第一差值；
第二差值计算模块，用于计算预先输入的第二参考电流id *与所述永磁同步电机的第二电流id的第二差值；
其中，所述第一电流iq和所述第二电流id为所述永磁同步电机在所述旋转坐标下定子的电流，由三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic基于转子角位移θ进行三相变两相得到；
第一比例和积分调节模块，用于根据所述第一差值进行比例和积分调节，得到所述旋转坐标系下的第一电压分量uq *；
第二比例和积分调节模块，用于根据所述第二差值进行比例和积分调节，得到所述旋转坐标系下的第二电压分量ud *；
派克逆变换模块，用于根据所述转子角位移θ对所述第一电压分量uq *和所述第二电压分量ud *进行派克逆变换，得到定子的第一电压uα和第二电压uβ；
控制模块，对所述第一电压uα和所述第二电压uβ进行空间矢量脉宽调制，得到脉宽信号，并依据所述脉宽信号生成三相电流控制所述永磁同步电机运行。
优选的，还包括：
角速度确定模块，用于根据采样周期内转子的角位移θ，计算得到所述转子的角速度ωe；
滑模函数构造模块，用于利用输入的参考角速度ω*和所述转子角速度ωe的差值e＝ω*-ωe构造滑模函数s＝c∫e+e；其中，c为滑模面参数，c＞0；
变指数趋近律构造模块，用于基于所述滑模函数构造变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks；
验证模块，用于验证所述变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks是否满足滑模控制可达性条件V'(x)＝ss'＜0，如果满足，则确定所述变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks；
其中，V(x)为李雅普诺夫函数，
优选的，所述第一参考电流确定模块，用于将变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks，其中，s＝c∫e+e，e＝ω*-ωe、所述转矩方程以及所述运动方程联立，计算得到
优选的，还包括：转换模块，用于将所述三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic进行克拉克变换，得到两相平面直角坐标系下的iα、iβ，并将所述两相平面直角坐标系下的iα、iβ经过派克变换，得到所述旋转坐标系下的所述第一电流iq和所述第二电流id。
优选的，所述第二参考电流id *为0。
从上述技术方案可以看出，本发明公开了一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制方法和装置，所述方法包括：基于预先获取的变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks的滑模变结构，旋转坐标系下永磁同步电机的转矩方程和运动方程计算得到定子的第一参考电流iq *；计算第一参考电流iq *与永磁同步电机的第一电流iq的第一差值，以及计算预先输入的第二参考电流id *与永磁同步电机的第二电流id的第二差值；分别基于第一差值和所述第二差值进行比例和积分PI调节，得到旋转坐标系下对应第一差值的第一电压分量uq *，及对应第二差值的第二电压分量ud *；根据转子角位移θ对所述第一电压分量uq *和第二电压分量ud *进行派克逆变换，得到定子的第一电压uα和第二电压uβ；对第一电压uα和第二电压uβ进行空间矢量脉宽调制，得到脉宽信号，并依据脉宽信号生成三相电流控制永磁同步电机运行。由此可见，本发明采用变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks的滑模变结构，实现了改善抖振现象及其所带来的问题的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制方法的流程图；
图2为本发明实施例二提供的获取变指数趋近律的方法的流程图；
图3为本发明实施例三提供的一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制装置的示意图；
图4为本发明实施例四提供的另一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制方法和装置，以实现改善抖振现象及其带来的问题的目的。
实施例一
本发明实施例一提供一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制方法，如附图1示出的本发明实施例一公开的一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制方法的流程图，所述控制方法，包括：
S101：基于预先获取的变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks的滑模变结构，旋转坐标系下的所述永磁同步电机的转矩方程和所述永磁同步电机的运动方程计算得到定子的第一参考电流iq *；
在S101中，所述永磁同步电机的转矩方程为：
所述永磁同步电机的运动方程为：
在执行S101的过程中，将变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks、公式(1)和公式(2)联立，得到第一参考电流：
其中，ε＞0，k为指数趋近项系数，且k＞0，fal(s,α,δ)为开关函数，0＜α＜1，0＜δ＜1，sgn(·)为符号函数；Te为电磁转矩，p为转子极对数，ψ为转子永磁体产生的磁链，T1为负载转矩，B为摩擦系数，J为转动惯量，s为滑模函数s＝c∫e+e，其中，c为滑模面参数，c＞0，e＝ω*-ωe，ω*为输入的参考角速度，ωe为转子角速度；
S102：计算所述第一参考电流iq *与所述永磁同步电机的第一电流iq的第一差值，以及计算预先输入的第二参考电流id *与所述永磁同步电机的第二电流id的第二差值；
其中，所述第一电流iq和所述第二电流id为所述永磁同步电机在所述旋转坐标下定子的电流，由三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic基于转子角位移θ进行三相变两相得到；
S103：分别基于所述第一差值和所述第二差值进行比例和积分PI调节，得到所述旋转坐标系下对应第一差值的第一电压分量uq *，及对应第二差值的第二电压分量ud *；
S104：根据所述转子角位移θ对所述第一电压分量uq *和所述第二电压分量ud *进行派克逆变换，得到定子的第一电压uα和第二电压uβ；
S105：对所述第一电压uα和所述第二电压uβ进行空间矢量脉宽调制，得到脉宽信号，并依据所述脉宽信号生成三相电流控制所述永磁同步电机运行。
在本发明实施例公开的技术方案中，优选的，所述第一电流iq和所述第二电流id由三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic基于转子角位移θ进行三相变两相得到，包括：
将所述三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic进行克拉克变换，得到两相平面直角坐标系下的iα、iβ；
将所述两相平面直角坐标系下的iα、iβ经过派克变换，得到所述旋转坐标系下的所述第一电流iq和所述第二电流id。
其中，需要进行说明的是，利用克拉克变换公式(4)将三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic转成两相平面直角坐标系下的iα、iβ；
其中，所述克拉克变换公式为：
利用派克变换公式(5)将两相平面直角坐标系下的iα、iβ转换成旋转坐标系下的第一电流iq和所述第二电流id。
其中，所述派克变换公式为：
在本发明实施例公开的技术方案中，优选的，所述第二参考电流id *为0。
由上述本发明实施例一公开的一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制方法可以得出，本发明采用变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks的滑模变结构，基于该变指数趋近律的滑模变结构、永磁同步电机的转矩方程和运动方程计算得到定子的第一参考电流，计算第一参考电流iq *与永磁同步电机的第一电流iq的第一差值，以及计算预先输入的第二参考电流id *与第二电流id的第二差值；分别基于第一差值和第二差值进行比例和积分PI调节，得到第一电压分量uq *和第二电压分量ud *；根据转子角位移θ对第一电压分量uq *和第二电压分量ud *进行派克逆变换，得到定子的第一电压uα和第二电压uβ；对第一电压uα和第二电压uβ进行空间矢量脉宽调制，得到脉宽信号，并依据所述脉宽信号生成三相电流控制所述永磁同步电机运行。由此可见，本发明实施例通过采用新型的变指数趋近律的滑模变结构实现对永磁同步电机的控制，能够有效改善抖振现象及其带来的问题。
实施例二
基于上述本发明实施例一公开的一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制方法，本发明实施例二具体公开了在S101中预先获取变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks的滑模变结构的具体获取过程，具体获取过程如附图2所示，包括：
S201：根据采样周期内转子的角位移θ，计算得到所述转子的角速度ωe；
S202：利用输入的参考角速度ω*和所述转子角速度ωe的差值e＝ω*-ωe构造滑模函数；
在S202中，所述滑模函数为：
s＝c∫e+e (6)
其中，c为滑模面参数，c＞0；
S203：基于所述滑模函数构造变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks；
S204：验证所述变指数趋近律是否满足滑模控制可达性条件，如果满足，则确定所述变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks；
在S204中，所述滑模控制可达性条件为：
V'(x)＝ss'＜0 (7)
其中，V(x)为李雅普诺夫函数，
需要进行说明的是，所述验证所述变指数趋近律是否满足滑模控制可达性条件具体包括：
将构造的所述变指数趋近律代入公式(8)中，则得到公式(9)；
V'(x)＝ss' (8)
ss'＝-ε*fal(s,α,δ)/s-ks2 (9)
其中，ε＞0，开关函数fal(s,α,δ)与s的符号相同，且k＞0，容易得到-ε*fal(s,α,δ)/s-ks2≤0，因此，能够证明所述变指数趋近律满足滑模控制可达性条件。
由上述本发明实施例二公开的在S101中获取变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks的具体过程可以得出，本发明实施例中采用的变指数趋近律满足滑模控制可达性条件，由此可见，采用基于该变指数趋近律的滑模变结构对永磁同步电机进行控制，能够实现改善抖振现象及其带来的问题的目的。
实施例三
本发明实施例三提供一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制装置，如附图3所示为本发明实施例三提供的一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制装置的示意图，包括：第一参考电流确定模块101、第一差值计算模块102、第二差值计算模块103、第一比例和积分调节模块104、第二比例和积分调节模块105、派克逆变换模块106、控制模块107；
所述第一参考电流确定模101，用于基于预先获取的变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks的滑模变结构，旋转坐标系下的所述永磁同步电机的转矩方程和所述永磁同步电机的运动方程计算得到定子的第一参考电流iq *；
在本发明实施例公开的技术方案中，优选的，所述第一参考电流确定模块101，用于将变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks、所述转矩方程以及所述运动方程联立，计算得到第一参考电流iq *；
其中，所述永磁同步电机的转矩方程参见公式(1)，所述永磁同步电机的运动方程参见公式(2)，所述第一参考电流参见公式(3)；
所述第一差值计算模块102，用于计算所述第一参考电流iq *与所述永磁同步电机的第一电流iq的第一差值；
所述第二差值计算模块103，用于计算预先输入的第二参考电流id *与所述永磁同步电机的第二电流id的第二差值；
其中，所述第一电流iq和所述第二电流id为所述永磁同步电机在所述旋转坐标下定子的电流，由三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic基于转子角位移θ进行三相变两相得到；
所述第一比例和积分调节模块104，用于根据所述第一差值进行比例和积分调节，得到所述旋转坐标系下的第一电压分量uq *；
所述第二比例和积分调节模块105，用于根据所述第二差值进行比例和积分调节，得到所述旋转坐标系下的第二电压分量ud *；
所述派克逆变换模块106，用于根据所述转子角位移θ对所述第一电压分量uq *和所述第二电压分量ud *进行派克逆变换，得到定子的第一电压uα和第二电压uβ；
所述控制模块107，对所述第一电压uα和所述第二电压uβ进行空间矢量脉宽调制，得到脉宽信号，并依据所述脉宽信号生成三相电流控制所述永磁同步电机运行。
在本发明实施例公开的技术方案中，优选的，还包括：转换模块108，用于将所述三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic进行克拉克变换，得到两相平面直角坐标系下的iα、iβ，并将所述两相平面直角坐标系下的iα、iβ经过派克变换，得到所述旋转坐标系下的所述第一电流iq和所述第二电流id。
其中，需要进行说明的是，本发明实施例中所述将所述三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic进行克拉克变换，得到两相平面直角坐标系下的iα、iβ，并将所述两相平面直角坐标系下的iα、iβ经过派克变换，得到所述旋转坐标系下的所述第一电流iq和所述第二电流id的具体过程和本发明实施例一中公开的具体过程是一致的，因此，这里不再赘述。
在本发明实施例公开的技术方案中，优选的，所述第二参考电流id *为0。
由上述本发明实施例三公开的一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制装置可以得出，本发明中第一参考电流确定模块用于基于预先获取的变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks的滑模变结构，旋转坐标系下的永磁同步电机的转矩方程和运动方程计算得到定子的第一参考电流iq *；第一差值计算模块，用于计算所述第一参考电流iq *与永磁同步电机的第一电流iq的第一差值；第二差值计算模块，用于计算预先输入的第二参考电流id *与永磁同步电机的第二电流id的第二差值；第一比例和积分调节模块，用于根据第一差值进行比例和积分调节，得到旋转坐标系下的第一电压分量uq *；第二比例和积分调节模块，用于根据第二差值进行比例和积分调节，得到旋转坐标系下的第二电压分量ud *；派克逆变换模块，用于根据转子角位移θ对第一电压分量uq *和第二电压分量ud *进行派克逆变换，得到定子的第一电压uα和第二电压uβ；控制模块，对第一电压uα和第二电压uβ进行空间矢量脉宽调制，得到脉宽信号，并依据脉宽信号生成三相电流控制永磁同步电机运行。由此可见，本发明实施例通过采用新型的变指数趋近律的滑模变结构实现对永磁同步电机的控制，能够有效改善抖振现象及其带来的问题。
实施例四
基于上述本发明实施例三公开的一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制装置，如附图4所示的本发明实施例四公开的一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制装置，本发明实施例四在上述本发明实施例三的基础上，进一步还包括：角速度确定模块201、滑模函数构造模块202、变指数趋近律构造模块203和验证模块204；
角速度确定模块201，用于根据采样周期内转子的角位移θ，计算得到所述转子的角速度ωe；
滑模函数构造模块202，用于利用输入的参考角速度ω*和所述转子角速度ωe的差值e＝ω*-ωe构造滑模函数；
其中，所述滑模函数参见公式(6)；
变指数趋近律构造模块203，用于基于所述滑模函数构造变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks；
验证模块204，用于验证所述变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks是否满足滑模控制可达性条件，如果满足，则确定所述变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks；
其中，所述滑模控制可达性条件参见公式(7)；
其中，需要进行说明的是，本发明实施例中所述验证所述变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks是否满足滑模控制可达性条件V'(x)＝ss'＜0的具体过程和本发明实施例二中具体的验证过程是一致的。因此，这里不再赘述。
由此可见，本发明实施例中变指数趋近律构造模块基于滑模函数构造的变指数趋近律满足滑模控制可达性条件。因此，采用基于该变指数趋近律的滑模变结构对永磁同步电机进行控制，能够实现改善抖振现象及其带来的问题的目的。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制方法，其特征在于，包括：
基于预先获取的变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks的滑模变结构，旋转坐标系下的所述永磁同步电机的转矩方程和所述永磁同步电机的运动方程计算得到定子的第一参考电流
其中，ε＞0，k为指数趋近项系数，且k＞0，fal(s,α,δ)为开关函数，0＜α＜1，0＜δ＜1，sgn(·)为符号函数；Te为电磁转矩，p为转子极对数，ψ为转子永磁体产生的磁链，T1为负载转矩，B为摩擦系数，J为转动惯量，s为滑模函数s＝c∫e+e，其中，c为滑模面参数，c＞0，e＝ω*-ωe，ω*为输入的参考角速度，ωe为转子角速度；
计算所述第一参考电流iq *与所述永磁同步电机的第一电流iq的第一差值，以及计算预先输入的第二参考电流id *与所述永磁同步电机的第二电流id的第二差值；
其中，所述第一电流iq和所述第二电流id为所述永磁同步电机在所述旋转坐标下定子的电流，由三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic基于转子角位移θ进行三相变两相得到；
分别基于所述第一差值和所述第二差值进行比例和积分PI调节，得到所述旋转坐标系下对应第一差值的第一电压分量uq *，及对应第二差值的第二电压分量ud *；
根据所述转子角位移θ对所述第一电压分量uq *和所述第二电压分量ud *进行派克逆变换，得到定子的第一电压uα和第二电压uβ；
对所述第一电压uα和所述第二电压uβ进行空间矢量脉宽调制，得到脉宽信号，并依据所述脉宽信号生成三相电流控制所述永磁同步电机运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预先获取的变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks的滑模变结构，具体包括：
根据采样周期内转子的角位移θ，计算得到所述转子的角速度ωe；
利用输入的参考角速度ω*和所述转子角速度ωe的差值e＝ω*-ωe构造滑模函数s＝c∫e+e；其中，c为滑模面参数，c＞0；
基于所述滑模函数构造变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks；
验证所述变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks是否满足滑模控制可达性条件V'(x)＝ss'＜0，如果满足，则确定所述变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks；
其中，V(x)为李雅普诺夫函数，
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks的滑模变结构，旋转坐标系下的所述永磁同步电机的转矩方程和所述永磁同步电机的运动方程计算得到定子的第一参考电流具体包括：
将变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks、所述转矩方程以及所述运动方程联立，计算得到
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一电流iq和所述第二电流id由三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic基于转子角位移θ进行三相变两相得到，包括：
将所述三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic进行克拉克变换，得到两相平面直角坐标系下的iα、iβ；
将所述两相平面直角坐标系下的iα、iβ经过派克变换，得到所述旋转坐标系下的所述第一电流iq和所述第二电流id。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二参考电流id *为0。
6.一种基于滑模变结构的永磁同步电机的控制装置，其特征在于，包括：
第一参考电流确定模块，用于基于预先获取的变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks的滑模变结构，旋转坐标系下的所述永磁同步电机的转矩方程和所述永磁同步电机的运动方程计算得到定子的第一参考电流
其中，ε＞0，k为指数趋近项系数，且k＞0，fal(s,α,δ)为开关函数，0＜α＜1，0＜δ＜1，sgn(·)为符号函数；Te为电磁转矩，p为转子极对数，ψ为转子永磁体产生的磁链，T1为负载转矩，B为摩擦系数，J为转动惯量，s为滑模变结构的函数s＝c∫e+e，其中，c为滑模面参数，c＞0，e＝ω*-ωe，ω*为输入的参考角速度，ωe为转子角速度；
第一差值计算模块，用于计算所述第一参考电流iq *与所述永磁同步电机的第一电流iq的第一差值；
第二差值计算模块，用于计算预先输入的第二参考电流id *与所述永磁同步电机的第二电流id的第二差值；
其中，所述第一电流iq和所述第二电流id为所述永磁同步电机在所述旋转坐标下定子的电流，由三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic基于转子角位移θ进行三相变两相得到；
第一比例和积分调节模块，用于根据所述第一差值进行比例和积分调节，得到所述旋转坐标系下的第一电压分量uq *；
第二比例和积分调节模块，用于根据所述第二差值进行比例和积分调节，得到所述旋转坐标系下的第二电压分量ud *；
派克逆变换模块，用于根据所述转子角位移θ对所述第一电压分量uq *和所述第二电压分量ud *进行派克逆变换，得到定子的第一电压uα和第二电压uβ；
控制模块，对所述第一电压uα和所述第二电压uβ进行空间矢量脉宽调制，得到脉宽信号，并依据所述脉宽信号生成三相电流控制所述永磁同步电机运行。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
角速度确定模块，用于根据采样周期内转子的角位移θ，计算得到所述转子的角速度ωe；
滑模函数构造模块，用于利用输入的参考角速度ω*和所述转子角速度ωe的差值e＝ω*-ωe构造滑模函数s＝c∫e+e；其中，c为滑模面参数，c＞0；
变指数趋近律构造模块，用于基于所述滑模函数构造变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks；
验证模块，用于验证所述变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks是否满足滑模控制可达性条件V'(x)＝ss'＜0，如果满足，则确定所述变指数趋近律为s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks；
其中，V(x)为李雅普诺夫函数，
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一参考电流确定模块，用于将变指数趋近律s'＝-ε*fal(s,α,δ)/s2-ks，其中，s＝c∫e+e，e＝ω*-ωe、所述转矩方程以及所述运动方程联立，计算得到
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
转换模块，用于将所述三相逆变器输出的三相电流ia、ib、ic进行克拉克变换，得到两相平面直角坐标系下的iα、iβ，并将所述两相平面直角坐标系下的iα、iβ经过派克变换，得到所述旋转坐标系下的所述第一电流iq和所述第二电流id。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二参考电流id *为0。
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