CN116248003A - 基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制方法和系统 - Google Patents

基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN116248003A
CN116248003A CN202310501924.9A CN202310501924A CN116248003A CN 116248003 A CN116248003 A CN 116248003A CN 202310501924 A CN202310501924 A CN 202310501924A CN 116248003 A CN116248003 A CN 116248003A
Authority
CN
China
Prior art keywords
motor
speed
module
sliding mode
phase
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.)
Granted
Application number
CN202310501924.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116248003B (zh
Inventor
陈涛
李波
闫文举
李宗霖
周登极
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SICHUAN INSTITUTE PRODUCT QUALITY SUPERVISION INSPECTION AND RESEARCH
Original Assignee
SICHUAN INSTITUTE PRODUCT QUALITY SUPERVISION INSPECTION AND RESEARCH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SICHUAN INSTITUTE PRODUCT QUALITY SUPERVISION INSPECTION AND RESEARCH filed Critical SICHUAN INSTITUTE PRODUCT QUALITY SUPERVISION INSPECTION AND RESEARCH
Priority to CN202310501924.9A priority Critical patent/CN116248003B/zh
Publication of CN116248003A publication Critical patent/CN116248003A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116248003B publication Critical patent/CN116248003B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control 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
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/0004—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H02P23/0009—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
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/0004—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H02P23/0022—Model reference adaptation, e.g. MRAS or MRAC, useful for control or parameter estimation
    • 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
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/0077—Characterised by the use of a particular software algorithm
    • 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
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/12—Observer control, e.g. using Luenberger observers or Kalman filters
    • 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
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
    • 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
    • H02P25/08—Reluctance motors
    • H02P25/098—Arrangements for reducing torque ripple
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制方法和系统，采用速度、转矩双闭环控制，速度环中引入自适应扩张状态观测器，通过自适应算法得到电机速度反馈信号和系统总扰动量；滑模速度控制器模块根据自适应扩张状态观测器模块的观测值，结合新型趋近律和滑模面函数，输出信号为电磁转矩参考值。转矩环中利用电磁转矩计算模块得到各相电磁转矩采样值；通过转矩滞环控制模块将各相电磁转矩参考值和各相电磁转矩采样值比较，产生控制功率变换器开关管的开关信号。本发明解决了响应速度慢﹑稳态抖振大的问题，在动态时快速跟踪给定转速，减小速度超调和转矩波动。

Description

基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制方法和系统
技术领域
本发明涉及开关磁阻电机控制技术领域，特别涉及一种基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制方法和系统。
背景技术
电动机作为电动汽车的重要部件，其在经济成本和不同工况下的运行性能等方面都是需要考虑的问题。近年来稀土资源日益短缺，价格也随之增长，开关磁阻电机的结构简单，可靠性高的优势，使其在恶劣工作环境下也能保持良好的调速性能，成为目前可以取代永磁同步电机的电机类型。
传统PI控制由于其算法简单、易于实现、参数调节方便，被广泛应用于开关磁阻电机调速系统。然而，传统PI控制只能在一定范围内满足精度调节，对系统模型依赖性强，且易受外界干扰和内部参数影响，降低控制系统的鲁棒性。滑模变结构控制作为当下控制领域的研究热点，其抗干扰性强，响应速度快，目前已经被成功应用于开关磁阻电机调速系统中。
由于滑模变结构控制的开关频率不连续性，在靠近滑模面时的抖振现象成为滑模变结构控制的限制因素，所以降低滑模面运动的抖振问题是提高滑模变结构控制鲁棒性的关键。目前常规的滑模趋近律有等速趋近律、指数趋近律、幂次趋近律等，虽然在一定程度下减小了系统的抖振，但是抖振的幅度仍然较大，影响了系统的稳定性，目前的解决办法主要有提出新型滑模趋近律和设计负载观测器等。
发明内容
本发明针对现有技术开关磁阻电机控制中存在转矩脉动大和抗干扰能力弱的缺陷，提供了一种基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制方法和系统。提出的新型趋近律中运动点的趋近运动速度更快，到达滑模面后，运动点的稳态抖振更小。此外，设计一种自适应扩张状态观测器以解决开关磁阻电机在系统扰动下响应速度慢，精确度差的问题，改善了开关磁阻电机调速系统的动态性能，提高了系统的鲁棒性。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制系统，包括：滑模速度控制器模块、自适应扩张状态观测器模块、余弦型转矩分配函数模块、转矩滞环控制模块、功率变换器模块、相电流检测模块、开关磁阻电机、电磁转矩计算模块、转子位置检测模块和速度计算模块。
自适应扩张状态观测器模块通过自适应算法观测得到电机速度反馈信号和系统总扰动量；电机速度偏差量由给定速度以及电机实时速度计算得到。
滑模速度控制器模块根据自适应扩张状态观测器模块的观测值和电机速度偏差量，结合滑模面和新型趋近律，输出总电磁转矩参考值；
余弦型转矩分配函数模块根据各相转子相对位置角将总电磁转矩参考值转换为各相电磁转矩参考值；
电磁转矩计算模块将各相电流采样值转换为各相电磁转矩采样值；各相电流采样值通过相电流检测模块实时监控各相电流得到；
转矩滞环控制模块将各相电磁转矩参考值和各相电磁转矩采样值比较，经过转矩滞环控制模块产生的开关信号作为功率变换器模块的输入；
功率变换器模块开关管根据开关信号，对开关磁阻电机进行控制；
转子位置检测模块和速度计算模块将开关磁阻电机的转子运动信息转换为电机实时速度。
进一步地，余弦型转矩分配函数模块，采用的余弦型转矩分配函数为：
Figure SMS_1
(1)
式中，
Figure SMS_2
为各相的转子位置角，/>
Figure SMS_3
和/>
Figure SMS_4
分别为开通角度和关断角度，/>
Figure SMS_5
为换相重叠角度，/>
Figure SMS_6
为转子角度周期。
进一步地，滑模速度控制器模块中结合的滑模面如下式：
Figure SMS_7
(2)
式中，
Figure SMS_8
为电机给定速度；/>
Figure SMS_9
为电机实时速度；/>
Figure SMS_10
为电机速度偏差量；/>
Figure SMS_11
为滑模面函数。
进一步地，滑模速度控制器模块中结合的新型趋近律如下式：
Figure SMS_12
(3)
式中，s为滑模面函数；
Figure SMS_13
表示滑模面函数关于时间的变化率；/>
Figure SMS_14
、/>
Figure SMS_15
为趋近律正系数；t为时间；/>
Figure SMS_16
为系统状态点到滑模面的距离；/>
Figure SMS_17
、a、b为常数；/>
Figure SMS_18
为自然常数；/>
Figure SMS_19
函数使运动点平滑快速地运动到达滑模面，并减小抖振。
进一步地，所述的电磁转矩计算模块推导实时转矩方程为：
Figure SMS_20
(4)
式中，
Figure SMS_21
为相绕组电流，/>
Figure SMS_22
为相电感变化率。
进一步地，通过自适应扩张状态观测器模块得到观测电机速度反馈信号和系统总扰动量，具体如下：
开关磁阻电机传统的运动方程为：
Figure SMS_23
(5)
式中，
Figure SMS_24
为电机电磁转矩；/>
Figure SMS_25
为电机转动惯量；/>
Figure SMS_26
为粘性摩擦系数；/>
Figure SMS_27
为电机角速度；
Figure SMS_28
表示电机速度关于时间的变化率；/>
Figure SMS_29
为电机负载转矩；/>
Figure SMS_30
为时间。
将参数不确定的因素考虑进式（5）中：
Figure SMS_31
(6)
式中，
Figure SMS_35
为电机电磁转矩参考值；/>
Figure SMS_38
为/>
Figure SMS_40
；/>
Figure SMS_34
为/>
Figure SMS_37
；/>
Figure SMS_39
为/>
Figure SMS_41
；且/>
Figure SMS_32
、/>
Figure SMS_33
和/>
Figure SMS_36
分别都表示电机参数的变化量。
将式（6）进行拆分：
Figure SMS_42
(7)
引入参数
Figure SMS_43
、/>
Figure SMS_44
：
Figure SMS_45
(8)
式中，
Figure SMS_46
为不确定参数适应值；/>
Figure SMS_47
为系统总扰动量；
将式（8）代入式（7）中，得到下式：
Figure SMS_48
(9)
引入二阶单输入单输出的系统方程：
Figure SMS_49
(10)
式中，
Figure SMS_50
为控制输出；/>
Figure SMS_51
为过渡变量；/>
Figure SMS_52
表示控制输出关于时间的导数；
Figure SMS_53
表示系统状态和外部干扰关于时间的非线性扰动函数，其中，/>
Figure SMS_54
为外部干扰；/>
Figure SMS_55
；/>
Figure SMS_56
为控制输入；
根据式（10），得自适应扩张状态观测器方程：
Figure SMS_57
(11)
式中，
Figure SMS_58
表示误差关于时间的函数；/>
Figure SMS_59
、/>
Figure SMS_60
为自适扩张状态观测器的增益；/>
Figure SMS_61
为非线性因子；/>
Figure SMS_62
为滤波参数；/>
Figure SMS_63
观测速度反馈信号；/>
Figure SMS_64
观测系统总扰动量；
其中，
Figure SMS_65
函数表示如下：
Figure SMS_66
/>
Figure SMS_67
(12)/>
式（11）中，不确定参数适应值观测量
Figure SMS_68
表示如下：
Figure SMS_69
(13)
式中，
Figure SMS_70
为系数；/>
Figure SMS_71
为电机速度偏差量；/>
Figure SMS_72
。
本发明还公开了一种基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制方法，该方法在上述开关磁阻电机自抗扰速度控制系统的基础上实现，包括以下步骤：
S1：设定电机给定速度；
S2：通过相电流检测模块实时监控相电流，利用电磁转矩计算模块将相电流采样值转换为各相电磁转矩采样值；
S3：利用转子位置检测模块和速度计算模块获得电机实时速度；
S4：将电机实时速度输入至自适应扩张状态观测器模块，通过给定速度和电机实时速度计算得到电机速度偏差量，输入至滑模速度控制器模块；
S5：自适应扩张状态观测器模块通过自适应算法观测电机速度反馈信号和系统总扰动量；
S6：滑模速度控制器模块根据自适应扩张状态观测器模块的观测值和电机速度偏差量，输出总电磁转矩参考值；
S7：余弦型转矩分配函数模块根据各相转子相对位置角将总电磁转矩参考值转换为各相电磁转矩参考值，传输至转矩滞环控制模块；
S8：转矩滞环控制模块将各相电磁转矩参考值和各相电磁转矩采样值比较，产生控制功率变换器开关管通断的开关信号；
S9：功率变换器模块根据开关信号，对开关磁阻电机进行控制；
S10：判断电机是否运行，若运行则返回S1，若没有运行则结束。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明引入新型滑模趋近律，系统在滑模运动趋于稳态的过程中，由于新型趋近律的平滑特性，克服了传统指数趋近律的空间滞后性，减小了系统的稳态抖振。
2、本发明引入系统状态变量，当系统做趋近运动时，状态变量较大，从而加快了系统趋近滑模面的速度；当系统做滑模运动时，随着系统状态变量的减小，减小该项对滑模运动的影响，从而降低了系统的抖振。
3、本发明引入自适应扩张状态观测器模块，不仅观测速度反馈信号，而且整定了负载转矩和电机固有参数不确定性等对电机在复杂工况下的干扰，提高了系统的可靠性。本发明在稳态和变速变载工况下有良好的表现，便于操作且易集成一体化，体现出较好的实施性。
4、本发明采用转矩分配函数的方法进行控制，其中函数本体为余弦型转矩分配函数，对电机转矩脉动、铜耗和调速范围等优化目标有良好的控制效果。
附图说明
图1是本发明实施例开关磁阻电机滑模控制系统框图；
图2是本发明实施例自适应滑模速度控制器模块等效框图；
图3为本发明实施例自适应滑模速度控制策略原理图；
图4是本发明实施例滑模运动的相轨迹图；
图5是本发明实施例开关磁阻电机滑模控制方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制系统由新型趋近律组成的滑模速度控制器模块、自适应扩张状态观测器模块、余弦型转矩分配函数模块、转矩滞环控制模块、功率变换器模块、相电流检测模块、开关磁阻电机、电磁转矩计算模块、转子位置检测模块和速度计算模块等组成。其中，自适应扩张状态观测器模块和基于新型趋近律的滑模速度控制器模块组成自适应滑模速度控制器模块，如图2所示。
所述的转子位置检测模块和速度计算模块是将开关磁阻电机的转子运动信息转换为电机实时速度
Figure SMS_73
；自适应滑模速度控制器模块观测电机速度反馈信号和负系统总扰动量，结合滑模面和新型趋近律，输出为电机的各相总电磁转矩参考值/>
Figure SMS_74
。利用余弦型转矩分配函数模块将电机总电磁转矩参考值/>
Figure SMS_75
转换为各相电磁转矩参考值，通过转矩滞环控制模块将各相电磁转矩参考值和电磁转矩计算模块转换的各相电磁转矩采样值比较，经过滞环产生的开关信号作为功率变换器模块的输入，对所述的开关磁阻电机进行控制。
如图3所示，由自适应扩张状态观测器模块和滑模速度控制器模块组成，其中包括电机速度偏差量、滑模面函数、新型滑模趋近律等。在实际运行过程中，该控制策略利用自适应扩张状态观测器模块在线估计速度反馈信号和系统总扰动量，并将估计的观测值反馈给滑模速度控制器模块，达到抑制系统扰动，提高系统响应速度的目的。
如图4所示，滑模轨迹的运动，包括趋近运动和滑动模态运动。趋近运动阶段的到达速度相对较大且较快。当滑模运动到达滑模面后，系统状态点在滑模面附近抖动。滑模控制设计主要包括滑模面的合理选择和趋近律的设计，使得系统的状态点沿着相的轨迹逐渐稳定到平衡点。
开关磁阻电机运动方程为：
Figure SMS_76
(1)
式中，
Figure SMS_77
为电机电磁转矩；/>
Figure SMS_78
为电机转动惯量；/>
Figure SMS_79
为粘性摩擦系数；/>
Figure SMS_80
为电机角速度；
Figure SMS_81
表示电机速度关于时间的变化率；/>
Figure SMS_82
为电机负载转矩；/>
Figure SMS_83
为时间。
设计滑模面：
Figure SMS_84
(2)
式中，
Figure SMS_85
为电机给定速度；/>
Figure SMS_86
为电机实时速度；/>
Figure SMS_87
为电机速度偏差量；/>
Figure SMS_88
为滑模面函数。
一种基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制方法和系统采用速度、电流双闭环控制。其中速度环采用新型趋近律的滑模速度控制器模块和滑模面函数，实现了趋近阶段的快速趋近，即将到达滑模阶段时实现平滑过渡；此外，加入了自适应扩张状态观测器模块跟踪电机速度反馈信号和运行时的系统总扰动，并根据观测值作为滑模速度控制器模块的前馈补偿项，实现对开关磁阻电机控制系统的高精度调速，提高了系统的动态性能。
所述新型趋近律设计方案如下：
Figure SMS_89
(3)
式中，s为滑模面函数；
Figure SMS_90
表示滑模面函数关于时间的变化率；/>
Figure SMS_91
、/>
Figure SMS_92
为趋近律正系数；t为时间；/>
Figure SMS_93
为系统状态点到滑模面的距离；/>
Figure SMS_94
、a、b为常数；/>
Figure SMS_95
为自然常数；/>
Figure SMS_96
函数使运动点平滑快速地运动到达滑模面，并减小抖振。
为了证明所设计趋近律的稳定性，选取李雅普诺夫函数：
Figure SMS_97
(4)
对上式求导得：
Figure SMS_98
(5)
当
Figure SMS_101
时，/>
Figure SMS_103
的任意值都为正，则切换面关于时间的一阶导数/>
Figure SMS_107
的任意值为负，故/>
Figure SMS_102
；当/>
Figure SMS_105
时，/>
Figure SMS_108
的任意值都为0，则切换面关于时间的一阶导数/>
Figure SMS_110
的任意值为0，故/>
Figure SMS_99
；当/>
Figure SMS_104
时，/>
Figure SMS_106
的任意值都为负，则切换面关于时间的一阶导数/>
Figure SMS_109
的任意值为正，故/>
Figure SMS_100
。
进而导出：
Figure SMS_111
(6)
由此可见基于该新型趋近律所设计的滑模速度控制器是稳定的。
将参数不确定的因素考虑进式（1）中：
Figure SMS_112
(7)
式中，
Figure SMS_115
为电机电磁转矩参考值；/>
Figure SMS_118
为/>
Figure SMS_121
；/>
Figure SMS_114
为/>
Figure SMS_116
；/>
Figure SMS_119
为/>
Figure SMS_122
；且/>
Figure SMS_113
、/>
Figure SMS_117
和/>
Figure SMS_120
分别都表示电机参数的变化量。
将式（7）进行拆分：
Figure SMS_123
(8)
引入参数
Figure SMS_124
、/>
Figure SMS_125
：
Figure SMS_126
(9)
式中，
Figure SMS_127
为不确定参数适应值；/>
Figure SMS_128
为系统总扰动量；
将式（9）代入式（8）中，得到下式：
Figure SMS_129
(10)
引入二阶单输入单输出的系统方程：
Figure SMS_130
(11)
式中，
Figure SMS_131
为控制输出；/>
Figure SMS_132
为过渡变量；/>
Figure SMS_133
表示控制输出关于时间的导数；
Figure SMS_134
表示系统状态和外部干扰关于时间的非线性扰动函数，其中，/>
Figure SMS_135
为外部干扰；/>
Figure SMS_136
；/>
Figure SMS_137
为控制输入；
根据式（11），得自适应扩张状态观测器方程：
Figure SMS_138
(12)
式中，
Figure SMS_139
表示误差关于时间的函数；/>
Figure SMS_140
、/>
Figure SMS_141
为自适扩张状态观测器的增益；/>
Figure SMS_142
为非线性因子；/>
Figure SMS_143
为滤波参数；/>
Figure SMS_144
观测速度反馈信号；/>
Figure SMS_145
观测系统总扰动量；
其中，
Figure SMS_146
函数表示如下：
Figure SMS_147
/>
Figure SMS_148
(13)
式（12）中，不确定参数适应值观测量
Figure SMS_149
表示如下：
Figure SMS_150
(14)
式中，
Figure SMS_151
为系数；/>
Figure SMS_152
为电机速度偏差量；/>
Figure SMS_153
。
速度跟踪误差可表示为：
Figure SMS_154
(15)
速度跟踪误差的变化可表示为：
Figure SMS_155
(16)
结合式（1），（2），（3）和（16），可得到基于自适应扩张状态观测器的开关磁阻电机滑模速度控制器输出为：
Figure SMS_156
(17)
如图5所示，基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制系统的控制方法采用速度、电流双闭环控制，速度环中自适应滑模速度控制器模块由自适应扩张状态观测器模块和滑模速度控制器模块组成，其中包括电机速度偏差量、滑模面函数、新型滑模趋近律等。在实际运行过程中，控制系统利用自适应扩张状态观测器模块在线估计电机速度反馈信号和系统总扰动量，并将估计的观测值反馈给滑模速度控制器模块；转矩环中利用电磁转矩计算模块将各相电流采样值转换为各相电磁转矩采样值；通过转矩滞环控制模块将各相电磁转矩参考值和各相电磁转矩采样值比较，产生控制功率变换器开关管通断的开关信号。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制系统，包括：滑模速度控制器模块、自适应扩张状态观测器模块、余弦型转矩分配函数模块、转矩滞环控制模块、功率变换器模块、相电流检测模块、开关磁阻电机、电磁转矩计算模块、转子位置检测模块和速度计算模块；
自适应扩张状态观测器模块通过自适应算法观测得到电机速度反馈信号和系统总扰动量；电机速度偏差量由给定速度以及电机实时速度计算得到；
滑模速度控制器模块根据自适应扩张状态观测器模块的观测值和电机速度偏差量，结合滑模面和新型趋近律，输出总电磁转矩参考值；
余弦型转矩分配函数模块根据各相转子相对位置角将总电磁转矩参考值转换为各相电磁转矩参考值；
电磁转矩计算模块将各相电流采样值转换为各相电磁转矩采样值；各相电流采样值通过相电流检测模块实时监控各相电流得到；
转矩滞环控制模块将各相电磁转矩参考值和各相电磁转矩采样值比较，经过转矩滞环控制模块产生的开关信号作为功率变换器模块的输入；
功率变换器模块开关管根据开关信号，对开关磁阻电机进行控制；
转子位置检测模块和速度计算模块将开关磁阻电机的转子运动信息转换为电机实时速度。
2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机自抗扰速度控制系统，其特征在于：余弦型转矩分配函数模块采用的余弦型转矩分配函数为：
Figure QLYQS_1
(1)
式中，
Figure QLYQS_2
为各相的转子位置角，/>
Figure QLYQS_3
和/>
Figure QLYQS_4
分别为开通角度和关断角度，/>
Figure QLYQS_5
为换相重叠角度，/>
Figure QLYQS_6
为转子角度周期。
3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机自抗扰速度控制系统，其特征在于：滑模速度控制器模块中结合的滑模面如下式：
Figure QLYQS_7
(2)
式中，
Figure QLYQS_8
为电机给定速度；/>
Figure QLYQS_9
为电机实时速度；/>
Figure QLYQS_10
为电机速度偏差量；/>
Figure QLYQS_11
为滑模面函数。
4.根据权利要求1所述的开关磁阻电机自抗扰速度控制系统，其特征在于：滑模速度控制器模块中结合的新型趋近律如下式：
Figure QLYQS_12
(3)
式中，s为滑模面函数；
Figure QLYQS_13
表示滑模面函数关于时间的变化率；/>
Figure QLYQS_14
、/>
Figure QLYQS_15
为趋近律正系数；t为时间；/>
Figure QLYQS_16
为系统状态点到滑模面的距离；/>
Figure QLYQS_17
、a、b为常数；/>
Figure QLYQS_18
为自然常数；/>
Figure QLYQS_19
函数使运动点平滑快速地运动到达滑模面，并减小抖振。
5.根据权利要求1所述的开关磁阻电机自抗扰速度控制系统，其特征在于：所述的电磁转矩计算模块推导实时转矩方程为：
Figure QLYQS_20
(4)
式中，
Figure QLYQS_21
为相绕组电流，/>
Figure QLYQS_22
为相电感变化率。
6.根据权利要求1所述的开关磁阻电机自抗扰速度控制系统，其特征在于：通过自适应扩张状态观测器模块得到观测电机速度反馈信号和系统总扰动量，具体如下：
开关磁阻电机传统的运动方程为：
Figure QLYQS_23
(5)
式中，
Figure QLYQS_24
为电机电磁转矩；/>
Figure QLYQS_25
为电机转动惯量；/>
Figure QLYQS_26
为粘性摩擦系数；/>
Figure QLYQS_27
为电机角速度；
Figure QLYQS_28
表示电机速度关于时间的变化率；/>
Figure QLYQS_29
为电机负载转矩；/>
Figure QLYQS_30
为时间；
将参数不确定的因素考虑进式（5）中：
Figure QLYQS_31
(6)
式中，
Figure QLYQS_33
为电机电磁转矩参考值；/>
Figure QLYQS_36
为/>
Figure QLYQS_37
；/>
Figure QLYQS_38
为/>
Figure QLYQS_39
；/>
Figure QLYQS_40
为/>
Figure QLYQS_41
；且/>
Figure QLYQS_32
、/>
Figure QLYQS_34
和/>
Figure QLYQS_35
分别都表示电机参数的变化量；
Figure QLYQS_42
(7)
引入参数
Figure QLYQS_43
、/>
Figure QLYQS_44
：
Figure QLYQS_45
(8)
式中，
Figure QLYQS_46
为不确定参数适应值；/>
Figure QLYQS_47
为系统总扰动量；
将式（8）代入式（7）中，得到下式：
Figure QLYQS_48
(9)
引入二阶单输入单输出的系统方程：
Figure QLYQS_49
(10)
式中，
Figure QLYQS_50
为控制输出；/>
Figure QLYQS_51
为过渡变量；/>
Figure QLYQS_52
表示控制输出关于时间的导数；
Figure QLYQS_53
表示系统状态和外部干扰关于时间的非线性扰动函数，其中，/>
Figure QLYQS_54
为外部干扰；/>
Figure QLYQS_55
；/>
Figure QLYQS_56
为控制输入；
根据式（10），得自适应扩张状态观测器方程：
Figure QLYQS_57
(11)
式中，
Figure QLYQS_58
表示误差关于时间的函数；/>
Figure QLYQS_59
、/>
Figure QLYQS_60
为自适扩张状态观测器的增益；/>
Figure QLYQS_61
为非线性因子；/>
Figure QLYQS_62
为滤波参数；/>
Figure QLYQS_63
观测速度反馈信号；/>
Figure QLYQS_64
观测系统总扰动量；
其中，
Figure QLYQS_65
函数表示如下：
Figure QLYQS_66
Figure QLYQS_67
(12)
式（11）中，不确定参数适应值观测量
Figure QLYQS_68
表示如下：
Figure QLYQS_69
(13)
式中，
Figure QLYQS_70
为系数；/>
Figure QLYQS_71
为电机速度偏差量；/>
Figure QLYQS_72
。
7.一种基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制方法，其特征在于：该方法在权利要求1至6任意一项所述的开关磁阻电机自抗扰速度控制系统的基础上实现，包括以下步骤：
S1：设定电机给定速度；
S2：通过相电流检测模块实时监控相电流，利用电磁转矩计算模块将相电流采样值转换为各相电磁转矩采样值；
S3：利用转子位置检测模块和速度计算模块获得电机实时速度；
S4：将电机实时速度输入至自适应扩张状态观测器模块，通过给定速度和电机实时速度计算得到电机速度偏差量，输入至滑模速度控制器模块；
S5：自适应扩张状态观测器模块通过自适应算法观测电机速度反馈信号和系统总扰动量；
S6：滑模速度控制器模块根据自适应扩张状态观测器模块的观测值和电机速度偏差量，输出总电磁转矩参考值；
S7：余弦型转矩分配函数模块根据各相转子相对位置角将总电磁转矩参考值转换为各相电磁转矩参考值，传输至转矩滞环控制模块；
S8：转矩滞环控制模块将各相电磁转矩参考值和各相电磁转矩采样值比较，产生控制功率变换器开关管通断的开关信号；
S9：功率变换器模块根据开关信号，对开关磁阻电机进行控制；
S10：判断电机是否运行，若运行则返回S1，若没有运行则结束。
CN202310501924.9A 2023-05-06 2023-05-06 基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制方法和系统 Active CN116248003B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310501924.9A CN116248003B (zh) 2023-05-06 2023-05-06 基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制方法和系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310501924.9A CN116248003B (zh) 2023-05-06 2023-05-06 基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制方法和系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116248003A true CN116248003A (zh) 2023-06-09
CN116248003B CN116248003B (zh) 2023-07-28

Family

ID=86631630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310501924.9A Active CN116248003B (zh) 2023-05-06 2023-05-06 基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制方法和系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116248003B (zh)

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106787988A (zh) * 2016-12-22 2017-05-31 东南大学 一种无刷直流电机全调速范围内转矩脉动抑制方法
CN109450320A (zh) * 2018-12-29 2019-03-08 浙江理工大学 基于趋近律和扰动观测补偿的永磁同步电机滑模控制方法
CN110752806A (zh) * 2019-10-24 2020-02-04 合肥工业大学 改进趋近律的内置式永磁同步电机的滑模转速控制方法
CN110995102A (zh) * 2019-12-31 2020-04-10 南京工业大学 一种永磁同步电机直接转矩控制方法及系统
CN111431460A (zh) * 2020-04-25 2020-07-17 南通大学 一种永磁同步电机无传感器模型预测磁链控制方法
CN111654218A (zh) * 2020-06-10 2020-09-11 大连海事大学 改进模糊控制的开关磁阻电机转矩分配函数控制系统
CN112311289A (zh) * 2020-09-15 2021-02-02 江苏大学 带有扩展卡尔曼滤波的srm变磁链直接转矩控制器构造方法
CN112821840A (zh) * 2021-03-29 2021-05-18 南京工业大学 一种永磁同步电机非光滑自适应直接转矩控制方法和系统
CN112886901A (zh) * 2021-01-28 2021-06-01 江苏大学 一种车用开关磁阻电机无位置智能控制器
CN113258833A (zh) * 2021-05-31 2021-08-13 郑州大学 基于滑模策略的无差拍直接转矩控制与实现方法
CN114710094A (zh) * 2022-05-10 2022-07-05 中国矿业大学 一种基于多目标优化的双定子开关磁阻电机多模式运行方法
CN114785234A (zh) * 2022-04-06 2022-07-22 常熟理工学院 基于模糊控制的开关磁阻电机转矩分配函数分段控制方法
CN114826035A (zh) * 2022-05-16 2022-07-29 中国矿业大学 开关磁阻电机改进型转矩分配函数控制方法
CN114928285A (zh) * 2022-07-07 2022-08-19 中国矿业大学 一种双轴驱动电动汽车双开关磁阻电机转速同步控制技术
CN115037221A (zh) * 2022-05-23 2022-09-09 大连海事大学 基于自适应导通角tsf的开关磁阻电机ditc控制系统
CN115133828A (zh) * 2022-07-28 2022-09-30 安徽工程大学 一种永磁同步电机控制方法及系统
CN115425901A (zh) * 2022-10-12 2022-12-02 浙江立久佳运动器材有限公司 一种开关磁阻电机控制系统
CN115833676A (zh) * 2022-11-23 2023-03-21 安徽工程大学 一种汽车电动天窗滑动速度控制器及其设计方法

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106787988A (zh) * 2016-12-22 2017-05-31 东南大学 一种无刷直流电机全调速范围内转矩脉动抑制方法
CN109450320A (zh) * 2018-12-29 2019-03-08 浙江理工大学 基于趋近律和扰动观测补偿的永磁同步电机滑模控制方法
CN110752806A (zh) * 2019-10-24 2020-02-04 合肥工业大学 改进趋近律的内置式永磁同步电机的滑模转速控制方法
CN110995102A (zh) * 2019-12-31 2020-04-10 南京工业大学 一种永磁同步电机直接转矩控制方法及系统
CN111431460A (zh) * 2020-04-25 2020-07-17 南通大学 一种永磁同步电机无传感器模型预测磁链控制方法
CN111654218A (zh) * 2020-06-10 2020-09-11 大连海事大学 改进模糊控制的开关磁阻电机转矩分配函数控制系统
CN112311289A (zh) * 2020-09-15 2021-02-02 江苏大学 带有扩展卡尔曼滤波的srm变磁链直接转矩控制器构造方法
CN112886901A (zh) * 2021-01-28 2021-06-01 江苏大学 一种车用开关磁阻电机无位置智能控制器
CN112821840A (zh) * 2021-03-29 2021-05-18 南京工业大学 一种永磁同步电机非光滑自适应直接转矩控制方法和系统
CN113258833A (zh) * 2021-05-31 2021-08-13 郑州大学 基于滑模策略的无差拍直接转矩控制与实现方法
CN114785234A (zh) * 2022-04-06 2022-07-22 常熟理工学院 基于模糊控制的开关磁阻电机转矩分配函数分段控制方法
CN114710094A (zh) * 2022-05-10 2022-07-05 中国矿业大学 一种基于多目标优化的双定子开关磁阻电机多模式运行方法
CN114826035A (zh) * 2022-05-16 2022-07-29 中国矿业大学 开关磁阻电机改进型转矩分配函数控制方法
CN115037221A (zh) * 2022-05-23 2022-09-09 大连海事大学 基于自适应导通角tsf的开关磁阻电机ditc控制系统
CN114928285A (zh) * 2022-07-07 2022-08-19 中国矿业大学 一种双轴驱动电动汽车双开关磁阻电机转速同步控制技术
CN115133828A (zh) * 2022-07-28 2022-09-30 安徽工程大学 一种永磁同步电机控制方法及系统
CN115425901A (zh) * 2022-10-12 2022-12-02 浙江立久佳运动器材有限公司 一种开关磁阻电机控制系统
CN115833676A (zh) * 2022-11-23 2023-03-21 安徽工程大学 一种汽车电动天窗滑动速度控制器及其设计方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
QIANKANG HOU, ET AL.: "finite-time extended state observer-based super-twisting sliding mode controller for PMSM drives with inertia identification", 《IEEE TRANSACTIONS ON TRANSPORTATION ELECTRIFICATION》, vol. 8, no. 2, pages 1918 - 1929, XP011906337, DOI: 10.1109/TTE.2021.3123646 *
邬江陵: "BSG系统用开关磁阻电机非线性建模及转矩脉动抑制研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》, pages 035 - 597 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN116248003B (zh) 2023-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110289795B (zh) 一种电动汽车用永磁同步电机控制系统及控制方法
CN103501146B (zh) 无刷直流电机驱动系统的换相转矩脉动抑制方法及系统
CN113452295B (zh) 基于滑模趋近律的正弦化电励磁双凸极电机速度控制方法
CN108336935B (zh) 一种反步控制协同eso的直线电机控制方法
CN112838797B (zh) 基于改进指数趋近律的永磁同步电机模糊滑模控制方法
CN112290843B (zh) 一种变指数幂次趋近律及其pmsm控制应用
CN112187127B (zh) 一种永磁同步电机控制方法
CN110429895B (zh) 混合动力车用开关磁阻bsg优化线性控制器的构造方法
CN108964563B (zh) 一种基于非光滑控制技术的感应电机直接转矩控制方法
CN113572402A (zh) 圆筒型永磁直线同步电机复合滑模速度控制方法及系统
CN113346810B (zh) 速度和电流双闭环模糊控制的pmsm无传感器控制方法
CN108512476B (zh) 一种基于龙贝格观测器的感应电机转速估算方法
CN110266227A (zh) 一种基于模糊滑膜变结构的永磁同步电机控制系统
CN116248003B (zh) 基于滑模控制的开关磁阻电机自抗扰速度控制方法和系统
CN112910349A (zh) 永磁同步电机、滑模控制方法、控制系统、终端、介质
CN110096077B (zh) 开关磁阻电机非奇异快速终端滑模转速控制方法及系统
CN107359835B (zh) 一种基于自适应鲁棒控制的超高速永磁同步电机转速控制方法
CN115459667B (zh) 基于改进型趋近律的永磁同步电机无传感器滑模控制方法
CN113890424B (zh) 基于参数辨识的永磁同步电机速度环pi控制器调谐方法
Xu et al. Servo control system of permanent magnet synchronous motor based on feedforward control
CN112701979A (zh) 一种永磁同步电机转矩控制装置
CN101667803A (zh) 一种异步电机直接转矩控制系统中的转速调节方法
Liu et al. Smooth Switching Control of PMSM Based on LADRC and Backstepping Integral Sliding Mode
Liu et al. Research on Sliding Mode Control and Fuzzy Control Strategies of Motor Drive System for New Energy Vehicles
Sun et al. Research on PMSM Direct Torque Speed Control System with Speed Sensorless

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant