CN111342720A - 基于负载转矩观测的永磁同步电机自适应连续滑模控制方法 - Google Patents

基于负载转矩观测的永磁同步电机自适应连续滑模控制方法 Download PDF

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CN111342720A CN202010153604.5A CN202010153604A CN111342720A CN 111342720 A CN111342720 A CN 111342720A CN 202010153604 A CN202010153604 A CN 202010153604A CN 111342720 A CN111342720 A CN 111342720A
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Abstract

本发明公开了一种基于负载转矩观测的永磁同步电机自适应连续滑模控制方法，包括：建立永磁同步电机数学模型；采用高阶快速终端滑模负载转矩观测器估计永磁同步电机系统负载转矩，用于永磁同步电机速度控制器前馈补偿；设计自适应连续快速终端滑模永磁同步电机驱动控制器，得到系统扰动下的q轴参考电流；利用最大转矩比策略计算q轴参考电流；通过电流控制器得出dq轴控制电压，最后通过驱动模块驱动永磁同步电机转动。本发明的控制方法结合高阶快速终端滑模负载转矩观测器和自适应连续快速终端滑模控制器，不仅可以有效控制永磁同步电机转速，而且有效削弱滑动模态导致的抖振，提高转速的控制精度和动态性能。

Description

基于负载转矩观测的永磁同步电机自适应连续滑模控制方法
技术领域
本发明属于永磁同步电机驱动控制领域，特别是一种基于负载转矩观测的永磁同步电机自适应连续滑模控制方法。
背景技术
随着高能永磁材料的出现，永磁电机变得越来越有吸引力。由于电机拓扑和控制策略不断推进，永磁同步电机已被确定为最有希望为现代电动汽车和混合动力汽车提供动力的电机之一，然而，永磁同步电机系统是典型的非线性，强耦合，多元，高阶且不稳定的系统。除存在这些非线性因素外，永磁同步电机系统的运行过程始终伴随着负载转矩变化和参数不确定性的影响，因此在工程应用中迫切需要强大的鲁棒控制算法。
近年来，滑模控制以其速度跟踪精度以及抗扭矩性能而在永磁同步电机领域得到广泛研究，文献(Deng Y,Wang J,Li H,et al.Adaptive sliding mode current controlwith slid-ing mode disturbance observer for PMSM drives[J].ISA Transactions,2019,88:113–126.)采用了基于滑模扰动观测器的滑模控制方法。该方法由于控制律非连续，存在滑动模态项导致抖振现象，且该方法的滑模面和控制律设计使得控制系统的动态性能有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于负载转矩观测的永磁同步电机自适应连续滑模控制方法，满足永磁同步电机控制系统对动态响应速度、鲁棒性和弱抖振的要求。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于负载转矩观测的永磁同步电机自适应连续滑模控制方法，包括以下步骤：
步骤1、建立永磁同步电机的数学模型，包括三相静止坐标系下的永磁同步电机电压和电磁转矩方程，然后利用坐标变换得到dq坐标系下的电压和电磁转矩方程；
步骤2、建立高阶快速终端滑模负载转矩观测器，采用高阶快速终端滑模负载转矩观测器估计永磁同步电机系统的负载转矩，用于永磁同步电机速度控制器前馈补偿；
步骤3、设计自适应连续快速终端滑模永磁同步电机驱动控制器，得到系统扰动下的q轴参考电流；
步骤4、利用最大转矩比策略对q轴参考电流进行计算，得到d轴参考电流；
步骤5、通过电流控制器得出dq轴控制电压，最后通过驱动模块驱动永磁同步电机转动。
本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)本发明使用自适应连续快速终端滑模控制方法对永磁同步电机进行转速控制控制，该滑模控制方法具有连续控制律可以有效消除滑模控制的抖振问题，同时其具备良好的动态性能，可应对不确定性和负载干扰，收敛速度更快，跟踪精度更高；(2)本发明使用高阶快速终端滑模负载转矩观测器对永磁同步电机负载转矩进行在线观测，然后将估算的转矩用作控制器的前馈补偿，以抑制由外部负载转矩变化引起的电机速度波动。此外，所设计的滑模观测器不仅可以确保估计的负载转矩快速收敛，而且可以消除传统的滑模观测器的固有抖动；(3)本发明采用了最大转矩电流策略，以使得永磁同步电机驱动过程中能够获得最大的磁阻转矩，提升电机的转矩输出能力；(4)本发明通过内模控制理论对永磁同步电机电流环PI控制器进行了控制参数整定，以满足永磁同步电机驱动过程对电流环动态性能和稳定性能的要求。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明控制方法的总体流程图。
图2为永磁同步电机控制框图。
图3为高阶快速终端滑模负载转矩观测器结构图。
图4为自适应连续快速终端滑模控制方法结构图。
图5为基于高阶快速终端滑模负载转矩观测器的永磁同步电机自适应连续快速终端滑模控制方法实际仿真流程图。
图6为采用PI控制的永磁同步电机转速响应图。
图7为采用基于高阶快速终端滑模负载转矩观测器的永磁同步电机自适应连续快速终端滑模控制的永磁同步电机转速响应图。
图8为高阶快速终端滑模负载转矩观测器的负载转矩观测结果曲线图。
具体实施方式
结合图1，本发明的一种基于高阶快速终端滑模负载转矩观测器的永磁同步电机自适应连续快速终端滑模控制方法，包括以下步骤：
步骤1、建立永磁同步电机的数学模型：包括三相静止坐标系下的永磁同步电机电压和电磁转矩方程，然后利用坐标变换得到dq坐标系下的电压和电磁转矩方程，其作为对实际永磁同步电机系统的一种数学表达便于控制器设计。
步骤1.1、建立三相静止坐标系下的永磁同步电机电压模型：
Figure BDA0002403275020000031
式中，uA为A相定子电压；uB为B相定子电压；uC为C相定子电压；Rs是每相绕组电阻；iA为A相定子电流；iB为B相定子电流；iC为C相定子电流；ψA为A相定子磁链；ψB为B相定子磁链；ψC为C相定子磁链。
步骤1.2、dq坐标系下的电压和电磁转矩方程：
Figure BDA0002403275020000032
Figure BDA0002403275020000033
Figure BDA0002403275020000034
其中，ud为d轴上的定子电压分量；uq为q轴上的定子电压分量；id为d轴上的定子电流分量；iq为q轴上的定子电流分量；Ld表示d轴电感；Lq表示q轴电感；ψf为永磁体产生的耦合磁链；ωe为电角速度；ωm为电机实际转速；Te为输出电磁转矩；Rs为每相绕组电阻；J为电机转动惯量；Pn为电机极对数；TL为负载转矩；B为阻尼系数。
步骤2、建立高阶快速终端滑模负载转矩观测器，将估算的转矩用作控制器的前馈补偿，以抑制由外部负载转矩变化引起的电机速度波动：
步骤2.1、将负载转矩TL定义为负载转矩，可得扩张后的永磁同步电机机械动力学方程：
Figure BDA0002403275020000035
其中a表示负载转矩TL的导数。
步骤2.2、定义高阶快速终端滑模负载扭矩观测器设计公式：
Figure BDA0002403275020000041
其中，
Figure BDA0002403275020000042
为电角速度观测量；P为所设计的控制律；Q是负载转矩观测值导数。
步骤2.3、定义快速终端滑模面s：
Figure BDA0002403275020000043
其中eω和
Figure BDA0002403275020000044
分别表示永磁同步电机转速误差和转速误差导数；sign(t)是符号函数；α是趋近律系数；r是设计参数；s为快速终端滑模面。
步骤2.4、采用高阶滑模控制律：
P＝α|eω|rsign(eω)+Pn(8)
Figure BDA0002403275020000045
其中，k1是滑模面增益；ωf是设计参数；P为所设计的控制律，Pn为高阶控制律。
步骤2.5、等效负载转矩的导数设计如下：
Q＝-k2sign(s)(10)
其中，s为快速终端滑模面；k2是滑模面增益。
步骤3、建立永磁同步电机自适应连续快速终端滑模控制方法，该滑模控制方法具有连续控制律可以有效消除滑模控制的抖振问题，同时其具备良好的动态性能，可应对不确定性和负载干扰，收敛速度更快，跟踪精度更高。
步骤3.1、建立dq坐标系下永磁同步电机的电压和电磁转矩方程，即等式(2)(3)(4)；
步骤3.2、定义永磁同步电机参考速度ω*与实际速度ω之间的误差：
Figure BDA0002403275020000046
其中ε表示电机转速误差；
Figure BDA0002403275020000047
表示电机转速误差；
步骤3.3、定义快速连续非奇异终端滑模面s'：
Figure BDA0002403275020000051
其中，s'表示快速连续非奇异终端滑模面；ε表示电机转速误差；
Figure BDA0002403275020000052
表示电机转速误差导数；μ1和μ2表示滑模面增益；σ1和σ2表示设计参数；
步骤3.4、为了消除抖振现象，增强控制器抗干扰能力，定义如下控制律：
u＝ueq+ud(13)
Figure BDA0002403275020000053
Figure BDA0002403275020000054
Figure BDA0002403275020000055
其中ueq表示等效控制律；ud表示切换控制律；ε表示电机转速误差；
Figure BDA0002403275020000056
表示电机转速误差导数；μ1和μ2表示滑模面增益；σ3表示设计参数。B表示阻尼系数；J表示电机转动惯量；
Figure BDA0002403275020000057
表示电机转速误差；
Figure BDA0002403275020000058
表示负载转矩观测值；m1和m2表示控制增益；
Figure BDA0002403275020000059
表示系统扰动自适应项；λ表示自适应项增益；s'为连续非奇异终端滑模面。
步骤4、利用最大转矩比策略对q轴参考电流进行计算，以使得永磁同步电机驱动过程中能够获得最大的磁阻转矩，提升电机的转矩输出能力。
步骤4.1、通过基于高阶快速终端滑模负载转矩观测器的自适应连续快速终端滑模永磁同步电机驱动控制器计算出q轴参考电流；
步骤4.2、定义永磁同步电机电磁力矩，即式(4)；
步骤4.3、定义定子α相电流Iα，可以由dq轴电流构成：
Figure BDA00024032750200000510
步骤4.4、将等式(17)带入等式(4)，永磁同步电机电磁转矩可以用id和Ia表示：
Figure BDA00024032750200000511
步骤4.5、对等式(18)求电磁转矩相对于d轴电流的导数，即对等式(18)求偏导：
Figure BDA0002403275020000061
步骤4.6、当电磁转矩相对于d轴电流的导数为0时，说明电磁转矩可取最大值，即对等式(19)有
Figure BDA0002403275020000062
Figure BDA0002403275020000063
步骤4.7、求解等式(20)，得到d轴电流的参考值计算公式：
Figure BDA0002403275020000064
其中，
Figure BDA0002403275020000065
表示d轴参考电流。
步骤5、使用PI控制器对步骤4和步骤5所得参考电流进行跟踪，得出控制电压矢量，并通过内模控制理论对永磁同步电机电流环PI控制器进行了控制参数整定，以满足永磁同步电机驱动过程对电流环动态性能和稳定性能的要求。
步骤5.1、对等式(2)进行拉普拉氏变换：
Y(s)＝G(s)U(s)(22)
其中s表示拉普拉斯变换后的频域表示；
Figure BDA0002403275020000066
表示dq轴电流矢量拉普拉斯变换后的频域表达式；
Figure BDA0002403275020000067
表示经过解耦的dq轴电压矢量拉普拉斯变换后的频域表达式；G(s)表示系统模型；
步骤5.2、利用内模控制的理论进行参数整定，等效控制器F(s)定义如下：
Figure BDA0002403275020000068
上式中，I表示单位阵；
Figure BDA0002403275020000069
表示内模，若内模准确，也即
Figure BDA00024032750200000610
C(s)表示控制器频域表达式；
步骤5.3、系统传递函数定义如下：
Gc(s)＝G(s)C(s)(24)
上式中Gc(s)表示系统传递函数；
Figure BDA00024032750200000611
步骤5.4、当且仅当G(s)和C(s)稳定，则系统稳定。将电流环近似为一阶系统，定义：
Figure BDA0002403275020000071
Figure BDA0002403275020000072
上式中
Figure BDA0002403275020000073
表示内模函数的逆；L(s)表示电流环近似一阶系统；
步骤5.5、对上式进行联立，可得电流环PI控制器的控制参数整定公式：
Figure BDA0002403275020000074
其中Kp-id表示p轴电流控制器比例增益；Ki-id表示p轴电流控制器积分增益；Kp-iq表示q轴电流控制器比例增益；Ki-iq表示q轴电流控制器积分增益；β表示PI控制器控制参数整定的设计参数。
步骤6、控制电压矢量通过Park逆变换得到αβ坐标系下的电压矢量，将其输入给空间矢量调制模块，得到六个驱动脉冲，驱动逆变器的六个开关管，使逆变器输出三相电压给永磁同步电机，确保电机稳定运行。
为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
实施例
一种基于负载转矩观测的永磁同步电机自适应连续滑模控制方法，包括如下步骤：
步骤1、在simulink中建立永磁同步电机的仿真模型。如图2所示，包括自适应连续快速终端滑模控制器、高阶快速终端滑模负载转矩观测器、电流PI控制器、坐标变换模块、最大转矩电流比模块和驱动模块；
1.1、建立三相静止坐标系下的永磁同步电机电压模型：
Figure BDA0002403275020000075
式中，uA为A相定子电压；uB为B相定子电压；uC为C相定子电压；Rs是每相绕组电阻；iA为A相定子电流；iB为B相定子电流；iC为C相定子电流；ψA为A相定子磁链；ψB为B相定子磁链；ψC为C相定子磁链。
1.2、dq坐标系下的电压和电磁转矩方程：
Figure BDA0002403275020000081
Figure BDA0002403275020000082
Figure BDA0002403275020000083
其中，ud为d轴上的定子电压分量；uq为q轴上的定子电压分量；id为d轴上的定子电流分量；iq为q轴上的定子电流分量；Ld表示d轴电感；Lq表示q轴电感；ψf为永磁体产生的耦合磁链；ωe为电角速度；ωm为电机实际速度；Te为输出电磁转矩；Rs为每相绕组电阻；J为电机转动惯量；Pn为电机极对数；TL为负载转矩；B为阻尼系数。
基于dq坐标系下的永磁同步电机模型就可以进行控制器设计。
表1.永磁同步电机参数表
Figure BDA0002403275020000084
步骤2、建立高阶快速终端滑模负载转矩观测器，如图3所示，并将估算的转矩用作控制器的前馈补偿，如果观测的负载转矩可以在有限的采样周期内收敛到其实际值，则可以减缓速度控制器贡献的负载转矩参考，从而加快控制系统的调节时间，抑制由外部负载转矩变化引起的电机速度波动。
2.1、将负载转矩TL定义为负载转矩，可得扩张后的永磁同步电机机械动力学方程：
Figure BDA0002403275020000091
其中，ωm为电角速度；Te为输出电磁转矩；J为电机转动惯量；Pn为电机极对数；TL为负载转矩；B为阻尼系数；a表示负载转矩TL的导数。
2.2、定义高阶快速终端滑模负载扭矩观测器设计公式：
Figure BDA0002403275020000092
其中，
Figure BDA0002403275020000093
为电角速度观测量。
2.3、定义快速终端滑模面s：
Figure BDA0002403275020000094
其中eω和
Figure BDA0002403275020000095
分别表示永磁同步电机转速误差和转速误差导数；B为阻尼系数；J为电机转动惯量；sign(t)是符号函数；α是趋近律系数；r是设计参数；s为快速终端滑模面。
2.4、采用高阶滑模控制律：
P＝α|eω|r sign(eω)+Pn(35)
Figure BDA0002403275020000096
其中，k1是滑模面增益；ωf和r是设计参数；P为所设计的控制律，Pn为高阶控制律。
2.5、等效负载转矩的导数设计如下：
Q＝-k2sign(s)(37)
其中，Q是负载转矩观测值导数；s为快速终端滑模面；k2是滑模面增益。
表2.高阶快速终端滑模负载转矩观测器的参数表
Figure BDA0002403275020000101
步骤3、设计基于代数理论的局部动态特性离散估计形式。该方法是一种能过滤白噪声干扰的状态估计方式，并且需要调节的参数很少，所以十分适合估计局部动态：
步骤3、建立永磁同步电机自适应连续快速终端滑模控制方法，如图4所示，该滑模控制方法具有连续控制律可以有效消除滑模控制的抖振问题，同时其具备良好的动态性能，可应对不确定性和负载干扰，收敛速度更快，跟踪精度更高。
3.1、建立dq坐标系下永磁同步电机的电压和电磁转矩方程，即等式(2)(3)(4)
3.2、定义永磁同步电机参考速度ω*与实际速度ω之间的误差：
Figure BDA0002403275020000102
其中ε表示电机转速误差；
Figure BDA0002403275020000103
表示电机转速误差；ωm表示电机转速误差；
3.3、定义快速连续非奇异终端滑模面s'：
Figure BDA0002403275020000104
其中，s'表示快速连续非奇异终端滑模面；ε表示电机转速误差；
Figure BDA0002403275020000105
表示电机转速误差导数；sign(t)是符号函数；μ1和μ2表示滑模面增益；σ1和σ2表示设计参数；
3.4、为了消除抖振现象，增强控制器抗干扰能力，定义如下控制律：
u＝ueq+ud(40)
Figure BDA0002403275020000106
Figure BDA0002403275020000107
Figure BDA0002403275020000111
其中ueq表示等效控制律；ud表示切换控制律；ε表示电机转速误差；
Figure BDA0002403275020000112
表示电机转速误差导数；sign(t)是符号函数；μ1和μ2表示滑模面增益；σ3表示设计参数。B表示阻尼系数；J表示电机转动惯量；
Figure BDA0002403275020000113
表示电机转速误差；
Figure BDA0002403275020000114
表示负载转矩观测值；m1和m2表示控制增益；
Figure BDA0002403275020000115
表示系统扰动自适应项；λ表示自适应项增益；s'为连续非奇异终端滑模面。
表3.自适应连续快速终端滑模控制器的参数表
Figure BDA0002403275020000116
步骤4、利用最大转矩比策略对q轴参考电流进行计算，以使得永磁同步电机驱动过程中能够获得最大的磁阻转矩，提升电机的转矩输出能力。
4.1、通过基于高阶快速终端滑模负载转矩观测器的自适应连续快速终端滑模永磁同步电机驱动控制器计算出q轴参考电流；
4.2、定义永磁同步电机电磁力矩，即式(4)；
4.3、定义定子α相电流Iα，可以由dq轴电流构成：
Figure BDA0002403275020000117
4.4、将等式(13)带入等式(4)，永磁同步电机电磁转矩可以用id和Iα表示：
Figure BDA0002403275020000118
4.5、对等式(14)求电磁转矩相对于d轴电流的导数，即对等式(14)求偏导：
Figure BDA0002403275020000121
4.6、当电磁转矩相对于d轴电流的导数为0时，说明电磁转矩可取最大值，即对等式(15)有
Figure BDA0002403275020000122
Figure BDA0002403275020000123
4.7、求解等式(16)，得到d轴电流的参考值计算公式：
Figure BDA0002403275020000124
其中，
Figure BDA0002403275020000125
表示d轴参考电流；
步骤5、使用PI控制器对步骤4和步骤5所得参考电流进行跟踪，得出控制电压矢量，并通过内模控制理论对永磁同步电机电流环PI控制器进行了控制参数整定，以满足永磁同步电机驱动过程对电流环动态性能和稳定性能的要求。
5.1、对等式(2)进行拉普拉氏变换：
Y(s)＝G(s)U(s)(49)
其中s表示拉普拉斯变换后的频域表示；
Figure BDA0002403275020000126
表示dq轴电流矢量拉普拉斯变换后的频域表达式；
Figure BDA0002403275020000127
表示经过解耦的dq轴电压矢量拉普拉斯变换后的频域表达式；
Figure BDA0002403275020000128
5.2、利用内模控制的理论进行参数整定，等效控制器F(s)定义如下：
Figure BDA0002403275020000129
上式中，I表示单位阵；
Figure BDA00024032750200001210
表示内模，若内模准确，也即
Figure BDA00024032750200001211
C(s)表示控制器频域表达式；
5.3、系统传递函数定义如下：
Gc(s)＝G(s)C(s)(51)
上式中I表示单位阵；Gc(s)表示系统传递函数；C(s)表示控制器频域表达式；
Figure BDA0002403275020000131
5.4、当且仅当G(s)和C(s)稳定，则系统稳定。将电流环近似为一阶系统，定义：
Figure BDA0002403275020000132
Figure BDA0002403275020000133
上式中
Figure BDA0002403275020000134
表示内模函数的逆；L(s)表示电流环近似一阶系统；
5.5、对上式进行联立，可得电流环PI控制器的控制参数整定公式：
Figure BDA0002403275020000135
其中Kp-id表示p轴电流控制器比例增益；Ki-id表示p轴电流控制器积分增益；Kp-iq表示q轴电流控制器比例增益；Ki-iq表示q轴电流控制器积分增益；β表示PI控制器控制参数整定的设计参数。
表4.PI控制器控制参数整定的设计参数表
Figure BDA0002403275020000136
步骤6、控制电压矢量通过Park逆变换得到αβ坐标系下的电压矢量，将其输入给空间矢量调制模块，得到六个驱动脉冲，驱动逆变器的六个开关管，使逆变器输出三相电压给永磁同步电机，确保电机稳定运行
图5是如何进行实际仿真的操作流程图，直观地表示出如何应用matlab和simulink对永磁同步电机进行实时仿真。PI控制器的永磁同步电机矢量控制是目前实际应用中最广泛采用的方法，所以本发明将传统的电机矢量控制系统的速度环PI控制方法改进成基于高阶快速终端滑模负载转矩观测器的自适应连续快速终端滑模控制方法；图6表示当输入1000rpm的给定阶跃信号后，电机在[0s,0.25s]空载、[0.25s,0.75s]突加负载和[0.75s,1.2s]突减负载时，PI控制的永磁同步电机速度响应图，可以看出当电机空载启动和突加减负载时，PI控制明显存在超调。
图7表示当输入1000rpm的给定阶跃信号后，电机在[0s,0.25s]空载、[0.25s,0.75s]突加负载和[0.75s,1.2s]突减负载时，基于高阶快速终端滑模负载转矩观测器的自适应连续快速终端滑模控制方法的永磁同步电机速度响应图，可以看出该控制方法可以实现无超调启动，且当电机空载启动和突加减负载时，负载变化对电机转速的影响明显小于PI控制，并且能快速恢复至给定值，同时由于采用连续控制律传统，结果中也未出现传统滑模控制本身带来的抖震问题。
图8表示当电机在[0s,0.25s]空载、[0.25s,0.75s]突加负载和[0.75s,1.2s]突减负载时，永磁同步电机负载转矩和其观测值的仿真结果，可以看出，所设计的高阶快速终端滑模负载转矩观测器可以实现精确的负载转矩观测。同时，观测值能够拥有平稳的控制律，且有抖振抑制作用。
由上可知，本实施例对实际永磁同步电机进行转速跟踪控制，首先对永磁同步电机建立数学模型；其次设计高阶快速终端滑模负载转矩观测器对电机系统的负载转矩进行估计，然后将其补偿进控制器中；接着设计永磁同步电机自适应连续快速终端滑模控制方法；最后采用最大转矩电流策略，并结合内模控制理论对永磁同步电机电流环PI控制器进行了控制参数整定。整个控制算法是建立在滑模控制结构中，并结合基于扰动观测控制的方式，不仅继承了滑模控制的动态性能优点，同时又对抗负载干扰能力进行了加强，十分适合用于永磁同步电机的调速控制。

Claims (7)

1.一种基于负载转矩观测的永磁同步电机自适应连续滑模控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、建立永磁同步电机的数学模型，包括三相静止坐标系下的永磁同步电机电压和电磁转矩方程，然后利用坐标变换得到dq坐标系下的电压和电磁转矩方程；
步骤2、建立高阶快速终端滑模负载转矩观测器，采用高阶快速终端滑模负载转矩观测器估计永磁同步电机系统的负载转矩，用于永磁同步电机速度控制器前馈补偿；
步骤3、设计自适应连续快速终端滑模永磁同步电机驱动控制器，得到系统扰动下的q轴参考电流；
步骤4、利用最大转矩比策略对q轴参考电流进行计算，得到d轴参考电流；
步骤5、通过电流控制器得出dq轴控制电压，最后通过驱动模块驱动永磁同步电机转动。
2.根据权利要求1所述的基于负载转矩观测的永磁同步电机自适应连续滑模控制方法，其特征在于，步骤1建立永磁同步电机的数学模型，具体为:
Figure FDA0002403275010000011
Figure FDA0002403275010000012
Figure FDA0002403275010000013
其中ud为d轴上的定子电压分量；uq为q轴上的定子电压分量；id为d轴上的定子电流分量；iq为q轴上的定子电流分量；Ld表示d轴电感；Lq表示q轴电感；ψf为永磁体产生的耦合磁链；ωe为电角速度；ωm表示电机实际转速；Te为输出电磁转矩；Rs为每相绕组电阻；J为电机转动惯量；Pn为电机极对数；TL为负载转矩；B为阻尼系数。
3.根据权利要求1所述的基于负载转矩观测的永磁同步电机自适应连续滑模控制方法，其特征在于，步骤2建立高阶快速终端滑模负载转矩观测器，具体包括以下步骤：
步骤2.1、定义快速终端滑模面s：
Figure FDA0002403275010000014
其中eω和
Figure FDA0002403275010000015
分别表示永磁同步电机转速误差和转速误差导数；sign(t)是符号函数；α是趋近律系数；r是设计参数；
步骤2.2、采用高阶滑模控制律：
P＝α|eω|rsign(eω)+Pn (5)
Figure FDA0002403275010000021
其中k1是滑模面增益；ωf和r是设计参数。
4.根据权利要求3所述的基于负载转矩观测的永磁同步电机自适应连续滑模控制方法，其特征在于，步骤3设计自适应连续快速终端滑模永磁同步电机驱动控制器，具体包括以下步骤：
步骤3.1、采用dq坐标系下的永磁同步电机数学模型；
步骤3.2、定义电机参考速度ω*与实际速度ω之间的误差：
Figure FDA0002403275010000022
其中ε表示电机转速误差；
Figure FDA0002403275010000023
表示电机期望转速；
步骤3.3、定义快速连续非奇异终端滑模面s'：
Figure FDA0002403275010000024
其中
Figure FDA0002403275010000025
表示电机转速误差导数；μ1和μ2表示滑模面增益；σ1和σ2表示设计参数；
步骤3.4、定义控制律u：
u＝ueq+ud (9)
Figure FDA0002403275010000026
Figure FDA0002403275010000027
Figure FDA0002403275010000028
其中ueq表示等效控制律；ud表示切换控制律；σ3表示设计参数；
Figure FDA0002403275010000029
表示负载转矩观测值；m1和m2表示控制增益；
Figure FDA00024032750100000210
表示系统扰动自适应项；λ表示自适应项增益；s'为滑模面。
5.根据权利要求4所述的基于负载转矩观测的永磁同步电机自适应连续滑模控制方法，其特征在于，步骤4利用最大转矩比策略对q轴参考电流进行计算，具体包括以下步骤：
步骤4.1、通过基于高阶快速终端滑模负载转矩观测器的自适应连续快速终端滑模永磁同步电机驱动控制器计算出q轴参考电流，并将当前q轴电流iq带入下式；
步骤4.2、利用最大转矩比策略，得出d轴参考电流的计算公式：
Figure FDA0002403275010000031
其中
Figure FDA0002403275010000032
表示d轴参考电流。
6.根据权利要求5所述的基于负载转矩观测的永磁同步电机自适应连续滑模控制方法，其特征在于，通过电流控制器得出dq轴控制电压，最后通过驱动模块驱动永磁同步电机转动，具体包括以下步骤：
步骤5.1、使用所述的控制方法计算出dq轴参考电流；
步骤5.2、使用PI控制器对步骤3和步骤4所得参考电流进行跟踪，得出控制电压矢量；
步骤5.3、控制电压矢量通过Park逆变换得到αβ坐标系下的电压矢量，将其输入给空间矢量调制模块，得到六个驱动脉冲，驱动逆变器的六个开关管，使逆变器输出三相电压给永磁同步电机。
7.根据权利要求6所述的基于负载转矩观测的永磁同步电机自适应连续滑模控制方法，其特征在于，步骤5.2中PI控制器控制参数的整定方法如下：
步骤6.1、对等式(1)进行拉普拉氏变换：
Y(s)＝G(s)U(s) (14)
其中s表示拉普拉斯变换后的频域表示；
Figure FDA0002403275010000033
表示dq轴电流矢量拉普拉斯变换后的频域表达式；
Figure FDA0002403275010000034
表示经过解耦的dq轴电压矢量拉普拉斯变换后的频域表达式；
Figure FDA0002403275010000035
步骤6.2、利用内模控制的理论进行参数整定，等效控制器F(s)定义如下：
Figure FDA0002403275010000041
上式中，I表示单位阵；
Figure FDA0002403275010000042
表示内模，若内模准确，也即
Figure FDA0002403275010000043
C(s)表示控制器频域表达式；
步骤6.3、系统传递函数定义如下：
Gc(s)＝G(s)C(s) (16)
上式中Gc(s)表示系统传递函数；
步骤6.4、当且仅当G(s)和C(s)稳定，则系统稳定；将电流环近似为一阶系统，定义：
Figure FDA0002403275010000044
Figure FDA0002403275010000045
上式中G(s)表示系统模型；
Figure FDA0002403275010000046
表示内模函数的逆；L(s)表示电流环近似一阶系统；
步骤6.5、对上式进行联立，可得电流环PI控制器的控制参数整定公式：
Figure FDA0002403275010000047
其中Kp-id表示p轴电流控制器比例增益；Ki-id表示p轴电流控制器积分增益；Kp-iq表示q轴电流控制器比例增益；Ki-iq表示q轴电流控制器积分增益。
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