CN112072973A - 一种基于预测自适应律的永磁同步电机超扭滑模控制方法 - Google Patents
一种基于预测自适应律的永磁同步电机超扭滑模控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112072973A CN112072973A CN202010856897.3A CN202010856897A CN112072973A CN 112072973 A CN112072973 A CN 112072973A CN 202010856897 A CN202010856897 A CN 202010856897A CN 112072973 A CN112072973 A CN 112072973A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sliding mode
- motor
- overtorque
- permanent magnet
- controller
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
- H02P21/0007—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control using sliding mode control
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/05—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for damping motor oscillations, e.g. for reducing hunting
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
- H02P25/06—Linear motors
- H02P25/064—Linear motors of the synchronous type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
- H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于预测自适应律的永磁同步电机超扭滑模控制方法。该方法如下:由位置或速度传感器获得电机转子实际位置θe和机械角速度ω。将给定的机械角速度ω*与实际的机械角速度ω的转速误差作为预测自适应超扭滑模控制器的输入,实时调节系统参数。调节得到的q轴电流作为输入进入电流控制器中,再经过坐标变换,得到电机在两相静止坐标系下的电压,驱动电机运行,实现永磁同步电机的转速跟踪控制。本发明采用预测自适应超扭滑模控制策略,有效地抑制了无边界确定性干扰对系统的影响。利用高阶滑模控制特性,有效地抑制了系统的抖振,并减小了观测器带来的观测误差对系统的影响。
Description
技术领域
本发明主要涉及永磁同步电机控制技术领域,具体涉及一种基于预测自适应律的永磁同步电机超扭滑模控制方法。
背景技术
永磁同步直线电机以其高效、高精度、低功耗、大推力、快速响应、易控制等显著优势,在航天数控机床行业具有广阔的发展前景,随着微型计算机的发展,工业机器人等电传动领域有着巨大的发展潜力,高性能DSP的出现促进了复合控制算法在电机控制中的应用。永磁同步电动机在运行过程中容易受到推力波动和电机内部磁场分布不均匀的边缘效应和端部效应的影响。同时由于永磁同步电动机直接驱动负载,运行过程中负载的变化和受到的外界干扰都会直接影响电机的运动,从而大大降低了电机的运动精度。
面对电机运行过程中电气参数的变化和恶劣的工业环境,必须具有良好的抗干扰性能。采用无位置传感器控制,降低观测器带来的观测误差和整个控制系统引起的结构误差是必须解决的问题。这就对永磁同步电动机的控制策略提出了更高的要求。
发明内容
本发明提供一种基于预测自适应律的永磁同步电机超扭滑模控制方法,其目的在于在保持最快响应和较强鲁棒性的基础上,不仅能进一步抑制推力脉动,而且能有效地避免或抑制观测器产生的“抖振”。
为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案为:
一种基于预测自适应律的永磁同步电机超扭滑模控制方法,由位置或速度传感器获得电机转子实际位置θe和机械角速度ω;将给定的机械角速度ω*与实际的机械角速度ω的转速误差作为预测自适应超扭滑模控制器的输入,实时调节系统参数;调节得到的q轴电流作为输入进入电流控制器中,再经过坐标变换,得到电机在两相静止坐标系下的电压,驱动电机运行,实现永磁同步电机的转速跟踪控制。
进一步的,具体包括以下步骤:
由位置或速度传感器获得电机转子实际位置θe和机械角速度ω;
其中:ud、uq分别是定子电压的d-q轴分量;id、iq分别是定子电流的d-q轴分量;R是定子的电阻;Ls是定子电感;ψf代表永磁体磁链;pn为磁极对数;J为转动惯量;TL为负载转矩;ωm为电机的机械角速度;
将给定的机械角速度ω*与实际的机械角速度ω的转速误差作为预测自适应超扭滑模控制器的输入,实时调节系统参数;
定义滑模面函数为s=cx1+x2;
其中c>0;
定义选择速度滑模面为sω=ω*-ω;
可以设计速度控制器中的kp、ki参数;
调节得到的q轴电流作为输入进入电流控制器中;
再经过坐标变换,得到电机在两相静止坐标系下的电压,驱动电机运行,实现永磁同步电机的转速跟踪控制。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
本发明所提出的方法采用预测自适应超扭滑模控制策略,有效地抑制了无边界确定性干扰对系统的影响。利用高阶滑模控制特性,有效地抑制了系统的抖振,并减小了观测器带来的观测误差对系统的影响。
附图说明
图1为本控制器的预测自适应律原理图;
图2为本超扭滑模控制器的原理图;
图3是本发明的整体结构示意图;
图4为在无负载扰动下,速度控制分别为PI控制、超扭滑模控制和预测自适应超扭滑模控制三种控制方法下的转速曲线对比图;
图5为在有负载扰动下,速度控制分别为PI控制、超扭滑模控制和预测自适应超扭滑模控制三种控制方法下的转速曲线对比图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中,很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而,本领域技术人员可以毫不费力的认识到,其中部分特征在不同情况下是可以省略的,或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下,本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述,这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没,而对于本领域技术人员而言,详细描述这些相关操作并不是必要的,他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
下面结合附图对本发明实例提供的一种基于预测自适应律的永磁同步电机超扭滑模控制方法进行详细描述。本例实施于永磁同步电机速度控制中,采用双闭环控制,内环为电流环,外环为速度环。
本发明方法的基本思路如下:由位置或速度传感器获得电机转子实际位置θe和机械角速度ω。将给定的机械角速度ω*与实际的机械角速度ω的转速误差作为预测自适应超扭滑模控制器的输入,实时调节系统参数。调节得到的q轴电流作为输入进入电流控制器中,再经过坐标变换,得到电机在两相静止坐标系下的电压,驱动电机运行,实现永磁同步电机的转速跟踪控制。
由位置或速度传感器获得电机转子实际位置θe和机械角速度ω。
为了便于控制器的设计,表贴式PMSM电机在同步旋转坐标系下的数学模型如下式:
其中:ud、uq分别是定子电压的d-q轴分量;id、iq分别是定子电流的d-q轴分量;R是定子的电阻;Ls是定子电感;ψf代表永磁体磁链;pn为磁极对数;J为转动惯量;TL为负载转矩;ωm为电机的机械角速度。
对表贴式PMSM来说,采用id=0的转子磁场定向控制方法即可获得较好的控制效果,此时式(1)则可变为如下的数学模型:
定义PMSM系统的状态变量:
图1为将本发明应用于永磁同步电机的速度控制器的预测自适应律原理图,定义的滑模面函数为s=cx1+x2(4)。
图2为本超扭滑模控制器的原理图,设计的一种基于超扭算法的二阶滑模速度控制器,选择速度滑模面为:sω=ω*-ω (13)。
设计的基于超扭算法的二阶滑模速度控制器为:
式(14)中的速度控制器中的参数kp,ki可以通过设计得到。通过所设计的速度控制器,在电机运行过程中,在电机运行过程中,在复杂的外界干扰下,使电机的速度与给定的参考速度保持一致。
本发明是通过上述方法,在保持最快响应和较强鲁棒性的基础上,不仅能进一步抑制推力脉动,而且能有效地避免或抑制观测器产生的“抖振”。采用预测自适应超扭滑模控制策略,有效地抑制了无边界确定性干扰对系统的影响。利用高阶滑模控制特性,有效地抑制了系统的抖振,并减小了观测器带来的观测误差对系统的影响。本发明可以应用于各种功率的永磁同步电机速度闭环控制。参见图3,图3是本发明的整体结构图。
图4为在无负载扰动下,速度控制分别为PI控制、超扭滑模控制和预测自适应超扭滑模控制三种控制方法下的转速曲线对比图。参照图4,当转速指令为1000r/min时,基于预测自适应超扭滑模控制器的要比PI控制器和超扭滑模控制器的控制性能优越,可以快速准确地响应速度指令。
图5为在有负载扰动下,三种控制方法的转速曲线对比图。参照图5,当转速指令为1000r/min时,在0.2s突然加10N·m的负载,基于预测自适应超扭滑模控制器的要比PI控制器和超扭滑模控制器的曲线波动更小,且响应时间更短。
仿真结果表明,预测自适应律能准确估计系统扰动变化值,并据此进行实时电流补偿,从而抑制转速波动,提高系统抗扰动能力。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述,只是用于帮助理解本发明,并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员,依据本发明的思想,还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (2)
1.一种基于预测自适应律的永磁同步电机超扭滑模控制方法,其特征在于,由位置或速度传感器获得电机转子实际位置θe和机械角速度ω;将给定的机械角速度ω*与实际的机械角速度ω的转速误差作为预测自适应超扭滑模控制器的输入,实时调节系统参数;调节得到的q轴电流作为输入进入电流控制器中,再经过坐标变换,得到电机在两相静止坐标系下的电压,驱动电机运行,实现永磁同步电机的转速跟踪控制。
2.根据权利要求1所述基于预测自适应律的永磁同步电机超扭滑模控制方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
由位置或速度传感器获得电机转子实际位置θe和机械角速度ω;
其中:ud、uq分别是定子电压的d-q轴分量;id、iq分别是定子电流的d-q轴分量;R是定子的电阻;Ls是定子电感;ψf代表永磁体磁链;pn为磁极对数;J为转动惯量;TL为负载转矩;ωm为电机的机械角速度;
将给定的机械角速度ω*与实际的机械角速度ω的转速误差作为预测自适应超扭滑模控制器的输入,实时调节系统参数;
定义滑模面函数为s=cx1+x2;
其中c>0;
定义选择速度滑模面为sω=ω*-ω;
可以设计速度控制器中的kp、ki参数;
调节得到的q轴电流作为输入进入电流控制器中;
再经过坐标变换,得到电机在两相静止坐标系下的电压,驱动电机运行,实现永磁同步电机的转速跟踪控制。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010856897.3A CN112072973A (zh) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | 一种基于预测自适应律的永磁同步电机超扭滑模控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010856897.3A CN112072973A (zh) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | 一种基于预测自适应律的永磁同步电机超扭滑模控制方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112072973A true CN112072973A (zh) | 2020-12-11 |
Family
ID=73659892
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010856897.3A Pending CN112072973A (zh) | 2020-08-24 | 2020-08-24 | 一种基于预测自适应律的永磁同步电机超扭滑模控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112072973A (zh) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113054883A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-06-29 | 上海海事大学 | 双凸极永磁电机控制方法 |
WO2022232977A1 (zh) * | 2021-05-06 | 2022-11-10 | 大连理工大学 | 基于快速积分终端滑模及干扰估计的永磁同步电机有限时间调速控制方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110635734A (zh) * | 2019-09-24 | 2019-12-31 | 南京工业大学 | 一种新型永磁同步电机转速分数阶滑模控制方法 |
CN111342720A (zh) * | 2020-03-06 | 2020-06-26 | 南京理工大学 | 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 |
-
2020
- 2020-08-24 CN CN202010856897.3A patent/CN112072973A/zh active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110635734A (zh) * | 2019-09-24 | 2019-12-31 | 南京工业大学 | 一种新型永磁同步电机转速分数阶滑模控制方法 |
CN111342720A (zh) * | 2020-03-06 | 2020-06-26 | 南京理工大学 | 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 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
林程晗: "新型双余度永磁同步电动机调速系统设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库(工程科技Ⅱ辑)》 * |
梅雪正: "基于预测自适应律的PMSM滑模速度控制研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库(工程科技Ⅱ辑)》 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113054883A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-06-29 | 上海海事大学 | 双凸极永磁电机控制方法 |
WO2022232977A1 (zh) * | 2021-05-06 | 2022-11-10 | 大连理工大学 | 基于快速积分终端滑模及干扰估计的永磁同步电机有限时间调速控制方法 |
US12088224B2 (en) | 2021-05-06 | 2024-09-10 | Dalian University Of Technology | Finite time speed control method for permanent magnet synchronous motor based on fast integral terminal sliding mode and disturbance estimation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fu et al. | A novel robust super-twisting nonsingular terminal sliding mode controller for permanent magnet linear synchronous motors | |
CN111431460B (zh) | 一种永磁同步电机无传感器模型预测磁链控制方法 | |
CN108092567B (zh) | 一种永磁同步电动机转速控制系统及方法 | |
CN102969968B (zh) | 一种永磁同步电机控制方法 | |
Yang et al. | Fast integral terminal sliding mode control with a novel disturbance observer based on iterative learning for speed control of PMSM | |
CN107070342A (zh) | 一种带负载状态观测器的永磁同步电机控制系统 | |
CN107017817B (zh) | 一种高速内嵌式永磁同步电机电流解耦控制方法 | |
CN110061671B (zh) | 一种基于变速趋近率的永磁同步电机控制方法及控制系统 | |
CN113922724B (zh) | 一种永磁同步电机控制方法 | |
CN113556067A (zh) | 一种基于滑模与扰动补偿的低速直驱电机扰动抑制方法 | |
CN112072973A (zh) | 一种基于预测自适应律的永磁同步电机超扭滑模控制方法 | |
CN111835254B (zh) | 一种基于有限时间吸引律的永磁同步电机速度控制方法 | |
CN105071730A (zh) | 考虑电流动态的无轴承异步电机定子定向逆闭环控制系统 | |
Ren et al. | A vector control system of PMSM with the assistance of fuzzy PID controller | |
CN114465543A (zh) | 一种永磁同步电机无位置传感器控制方法 | |
Wang et al. | Rotor position estimation method for permanent magnet synchronous motor based on super-twisting sliding mode observer | |
Wu et al. | Amplitude-phase based optimal voltage harmonic injection for speed harmonic minimization in SPMSM | |
CN103117692B (zh) | 多种外部干扰下的带有机械弹性储能的永磁电动机组控制方法 | |
CN108429501B (zh) | 一种永磁同步电机负载扰动的观测方法 | |
CN105071729A (zh) | 考虑电流动态的无轴承异步电机定子磁链定向逆解耦方法 | |
CN116638544A (zh) | 一种基于超局部模型的关节模组协同控制方法 | |
Ananthamoorthy et al. | Modelling, simulation and analysis of fuzzy logic controllers for permanent magnet synchronous motor drive | |
CN115459655A (zh) | 永磁同步电机调速系统干扰抑制方法、存储介质和装置 | |
Tian et al. | Sensorless speed control of high-speed permanent magnet synchronous motor based on model reference adaptive system | |
CN107800334B (zh) | 一种pmsm预同步同轴运行控制方法及系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201211 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |