一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本申請公開了一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制方法和裝置，該方法包括：基于預先獲取的變指數(shù)趨近律為s'＝?ε*fal(s,α,δ)/s2?ks的滑模變結(jié)構(gòu)，永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩方程和運動方程計算得到第一參考電流；計算第一參考電流與永磁同步電機的第一電流的第一差值，以及計算預先輸入的第二參考電流與永磁同步電機的第二電流的第二差值；分別基于第一差值和第二差值進行比例和積分調(diào)節(jié)，得到第一電壓分量和第二電壓分量；根據(jù)轉(zhuǎn)子角位移對第一電壓分量和第二電壓分量進行派克逆變換，得到第一電壓和第二電壓；對第一電壓和第二電壓進行空間矢量脈寬調(diào)制，得到脈寬信號，并依據(jù)脈寬信號生成三相電流控制永磁同步電機運行，以實現(xiàn)改善抖振現(xiàn)象及其所帶來的問題的目的。
【專利說明】
一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制方法和裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及電機控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同 步電機的控制方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)具有體積小、結(jié)構(gòu) 簡單、效率高等優(yōu)點，因此，在交流伺服系統(tǒng)中應用廣泛。交流伺服系統(tǒng)對于系統(tǒng)性能要求 較高，當受到內(nèi)部參數(shù)或者外界擾動等因素的影響時，常規(guī)的比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié) (Proportional Integral control，PI控制）的方法并不能滿足交流伺服系統(tǒng)的控制要求。 因此，通常采用滑模變結(jié)構(gòu)的控制方法來滿足交流伺服系統(tǒng)的控制要求。
[0003] 但是，在實際滑模變結(jié)構(gòu)方法的控制過程中，由于開關(guān)器件的時滯及慣性等因素 的影響，系統(tǒng)的狀態(tài)到達滑模面后，不是保持在滑模面上作滑動運動，而是在滑模面附近作 來回穿越運動，甚至產(chǎn)生極限環(huán)振蕩，這種現(xiàn)象就是滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)所固有的抖振現(xiàn) 象。它可能激發(fā)其系統(tǒng)中未建模的高頻成分，引起系統(tǒng)的高頻振蕩。
[0004] 因此，如何改善抖振現(xiàn)象及其所帶來的問題，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù) 問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制方 法，以實現(xiàn)改善抖振現(xiàn)象及其所帶來的問題的目的。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制方法，包括：
[0008] 基于預先獲取的變指數(shù)趨近律為8'=-￡*€&1(8, 〇,3)/82-1^的滑模變結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn) 坐標系下的所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩方程
和所述永磁同步電機的運動方程
-計算得到定子的第一參考電流
[0009]
.，k為指數(shù)趨近項系數(shù)，且k>0，fal (8，<1，3)為開關(guān)函數(shù)，〇<(1<1，〇<3<1，叫11〇)為符號函數(shù);1' (3為電磁轉(zhuǎn)矩4為轉(zhuǎn)子極對 數(shù)，Φ為轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁鏈，T1為負載轉(zhuǎn)矩，B為摩擦系數(shù)，J為轉(zhuǎn)動慣量，s為滑模函數(shù)s = cje+e，其中，c為滑模面參數(shù)，c>0，e= ω=1=為輸入的參考角速度，為轉(zhuǎn)子角速 度；
[0010] 計算所述第一參考電流與所述永磁同步電機的第一電流iq的第一差值，以及計 算預先輸入的第二參考電流i/與所述永磁同步電機的第二電流id的第二差值；
[0011] 其中，所述第一電流iq和所述第二電流id為所述永磁同步電機在所述旋轉(zhuǎn)坐標下 定子的電流，由三相逆變器輸出的三相電流ia、ib、ic基于轉(zhuǎn)子角位移Θ進行三相變兩相得 到；
[0012] 分別基于所述第一差值和所述第二差值進行比例和積分PI調(diào)節(jié)，得到所述旋轉(zhuǎn)坐 標系下對應第一差值的第一電壓分量iC，及對應第二差值的第二電壓分量u/;
[0013] 根據(jù)所述轉(zhuǎn)子角位移Θ對所述第一電壓分量和所述第二電壓分量u/進行派克 逆變換，得到定子的第一電壓Ua和第二電壓ue;
[0014] 對所述第一電壓Ua和所述第二電壓Ufi進行空間矢量脈寬調(diào)制，得到脈寬信號，并依 據(jù)所述脈寬信號生成三相電流控制所述永磁同步電機運行。
[0015] 優(yōu)選的，所述預先獲取的變指數(shù)趨近律為8'=-￡村&1( 8,〇,3)/82-1^的滑模變結(jié) 構(gòu)，具體包括：
[0016] 根據(jù)采樣周期內(nèi)轉(zhuǎn)子的角位移Θ，計算得到所述轉(zhuǎn)子的角速度Coe3;
[0017] 利用輸入的參考角速度：和所述轉(zhuǎn)子角速度Coe3的差值e= 構(gòu)造滑模函數(shù) 8 = (3/6+6;其中，(3為滑模面參數(shù)，(3>0;
[0018]基于所述滑模函數(shù)構(gòu)造變指數(shù)趨近律s ' = -e*fal(s，a，S)/s2-ks;
[0019] 驗證所述變指數(shù)趨近律s ' =_e*fal(s，α，S)/s2-ks是否滿足滑?？刂瓶蛇_性條件 V'（x)=ss' <0,如果滿足，則確定所述變指數(shù)趨近律為s' =-e*fal(s，a，5)/s2-ks;
[0020] 其中，V(X)為李雅普諾夫函數(shù)：
[0021]優(yōu)選的，所述基于變指數(shù)趨近律為
；的滑模變結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn) 坐標系下的所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩方i
和所述永磁同步電機的運動方程
計算得到定子的第一參考電沒
具體包括：
[0022]將變指數(shù)趨近ft
.所述轉(zhuǎn)矩方程7： = 以及所述運 動方茜
聯(lián)立，計算得至
[0023]優(yōu)選的，所述第一電流iq和所述第二電流id由三相逆變器輸出的三相電流ia、ib、i c 基于轉(zhuǎn)子角位移Θ進行三相變兩相得到，包括：
[0024]將所述三相逆變器輸出的三相電流ia、ib、ic進行克拉克變換，得到兩相平面直角 坐標系下的ia、if!;
[0025] 將所述兩相平面直角坐標系下的ia、ie經(jīng)過派克變換，得到所述旋轉(zhuǎn)坐標系下的所 述第一電流i q和所述第二電流id。
[0026] 優(yōu)選的，所述第二參考電流i/為0。
[0027] -種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制裝置，包括：
[0028] 第一參考電流確定模塊，用于基于預先獲取的變指數(shù)趨近律為：
0/s2-ks的滑模變結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)坐標系下的所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩方程
和所述 j算得到定子的第一參考電流
3指數(shù)趨近項系數(shù)，且k>0，fal(s， 〇,5)為開關(guān)函數(shù)，0<(1<1，0<3<1，噸11〇)為符號函數(shù);1'(3為電磁轉(zhuǎn)矩4為轉(zhuǎn)子極對數(shù)，也 為轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁鏈，T1為負載轉(zhuǎn)矩，B為摩擦系數(shù)，J為轉(zhuǎn)動慣量，s為滑模變結(jié)構(gòu)的函 數(shù)s = cje+e，其中，c為滑模面參數(shù)，c>0，e= ω#為輸入的參考角速度，Coe3為轉(zhuǎn)子 角速度；
[0030] 第一差值計算模塊，用于計算所述第一參考電流與所述永磁同步電機的第一電 流iq的第一差值；
[0031] 第二差值計算模塊，用于計算預先輸入的第二參考電流i/與所述永磁同步電機的 第二電流id的第二差值；
[0032] 其中，所述第一電流iq和所述第二電流id為所述永磁同步電機在所述旋轉(zhuǎn)坐標下 定子的電流，由三相逆變器輸出的三相電流i a、ib、ic基于轉(zhuǎn)子角位移Θ進行三相變兩相得 到；
[0033] 第一比例和積分調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)所述第一差值進行比例和積分調(diào)節(jié)，得到所 述旋轉(zhuǎn)坐標系下的第一電壓分量uq%
[0034] 第二比例和積分調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)所述第二差值進行比例和積分調(diào)節(jié)，得到所 述旋轉(zhuǎn)坐標系下的第二電壓分量u/;
[0035] 派克逆變換模塊，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子角位移Θ對所述第一電壓分量Uq$和所述第二 電壓分量u/進行派克逆變換，得到定子的第一電壓Ua和第二電壓Uf 5;
[0036] 控制模塊，對所述第一電壓Ua和所述第二電壓Ufi進行空間矢量脈寬調(diào)制，得到脈寬 信號，并依據(jù)所述脈寬信號生成三相電流控制所述永磁同步電機運行。
[0037] 優(yōu)選的，還包括：
[0038] 角速度確定模塊，用于根據(jù)采樣周期內(nèi)轉(zhuǎn)子的角位移Θ，計算得到所述轉(zhuǎn)子的角速 度《e;
[0039] 滑模函數(shù)構(gòu)造模塊，用于利用輸入的參考角速度ω $和所述轉(zhuǎn)子角速度ω e的差值e =Cotc0e3構(gòu)造滑模函數(shù)s = cJe+e;其中，〇為滑模面參數(shù)，c>〇;
[0040] 變指數(shù)趨近律構(gòu)造模塊，用于基于所述滑模函數(shù)構(gòu)造變指數(shù)趨近律s'=_e*fal (s,a,5)/s2-ks；
[0041] 驗證模塊，用于驗證所述變指數(shù)趨近律8'=-￡村&1(8, 〇,3)/82-1^是否滿足滑模 控制可達性條件V'（x) = ss' <0,如果滿足，則確定所述變指數(shù)趨近律為s' =-e*fal(s，a, 5)/s2-ks；
[0042] 其中，V(x)為李雅普諾夫函數(shù)，= |。
[0043] 優(yōu)選的，所述第一參考電流確定模塊，用于將變指數(shù)趨近律s'=-e*fal(s，aj)/ E
[0044] 優(yōu)選的，還包括:轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述三相逆變器輸出的三相電流ia、ib、ic進行 克拉克變換，得到兩相平面直角坐標系下的i a、ie，并將所述兩相平面直角坐標系下的ia、ie 經(jīng)過派克變換，得到所述旋轉(zhuǎn)坐標系下的所述第一電流iq和所述第二電流id。
[0045] 優(yōu)選的，所述第二參考電流i/為0。
[0046] 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明公開了一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的 控制方法和裝置，所述方法包括:基于預先獲取的變指數(shù)趨近律為 S'=-ε*f·al(S，α，δ)/s 2-kS的滑模變結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)坐標系下永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩方程和運動方程計算得到定子的第一 參考電流iq%計算第一參考電流與永磁同步電機的第一電流iq的第一差值，以及計算預 先輸入的第二參考電流i/與永磁同步電機的第二電流id的第二差值;分別基于第一差值和 所述第二差值進行比例和積分PI調(diào)節(jié)，得到旋轉(zhuǎn)坐標系下對應第一差值的第一電壓分量 iC，及對應第二差值的第二電壓分量u/;根據(jù)轉(zhuǎn)子角位移Θ對所述第一電壓分量U(；和第二 電壓分量u/進行派克逆變換，得到定子的第一電壓Ua和第二電壓U fi;對第一電壓Ua和第二電 壓Ufi進行空間矢量脈寬調(diào)制，得到脈寬信號，并依據(jù)脈寬信號生成三相電流控制永磁同步 電機運行。由此可見，本發(fā)明采用變指數(shù)趨近律為8'=-￡*€ &1(8,〇,3)/82-1^的滑模變結(jié) 構(gòu)，實現(xiàn)了改善抖振現(xiàn)象及其所帶來的問題的目的。
【附圖說明】
[0047] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù) 提供的附圖獲得其他的附圖。
[0048] 圖1為本發(fā)明實施例一提供的一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制方法的 流程圖；
[0049] 圖2為本發(fā)明實施例二提供的獲取變指數(shù)趨近律的方法的流程圖；
[0050] 圖3為本發(fā)明實施例三提供的一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制裝置的 示意圖；
[0051] 圖4為本發(fā)明實施例四提供的另一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制裝置 的示意圖。
【具體實施方式】
[0052]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0053]本發(fā)明公開了一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制方法和裝置，以實現(xiàn)改 善抖振現(xiàn)象及其帶來的問題的目的。
[0054] 實施例一
[0055] 本發(fā)明實施例一提供一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制方法，如附圖1 示出的本發(fā)明實施例一公開的一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制方法的流程圖， 所述控制方法，包括：
[0056] SlOl:基于預先獲取的變指數(shù)趨近律為s ' =_e*fal(s，a，S)/s2-ks的滑模變結(jié)構(gòu)， 旋轉(zhuǎn)坐標系下的所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩方程和所述永磁同步電機的運動方程計算得到 定子的第一參考電流
[0057] 在SlOl中，所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩方程為：
[0058]
( 1 )
[0059] 所述永磁同步電機的運動方程為：
[0060]
(2)
[0061]在執(zhí)行SlOl的過程中，將變指數(shù)趨近律s' = -e*fal(s，a，5)/s2-ks、&S(l；^PI& 式（2)聯(lián)立，得剞笛一參考電流，
[0062] (3)
[0063] 趨近項系數(shù)，且k>0，fal(s， 〇,5)為開關(guān)函數(shù)，0<(1<1，0<3<1，噸11〇)為符號函數(shù);1'(3為電磁轉(zhuǎn)矩4為轉(zhuǎn)子極對數(shù)，也 為轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁鏈，T1為負載轉(zhuǎn)矩，B為摩擦系數(shù)，J為轉(zhuǎn)動慣量，s為滑模函數(shù)S = cJe +e，其中，c為滑模面參數(shù)，c>0，e= ω"=為輸入的參考角速度，Coe3為轉(zhuǎn)子角速度；
[0064] S102:計算所述第一參考電流與所述永磁同步電機的第一電流iq的第一差值， 以及計算預先輸入的第二參考電流i/與所述永磁同步電機的第二電流id的第二差值；
[0065] 其中，所述第一電流iq和所述第二電流id為所述永磁同步電機在所述旋轉(zhuǎn)坐標下 定子的電流，由三相逆變器輸出的三相電流i a、ib、ic基于轉(zhuǎn)子角位移Θ進行三相變兩相得 到；
[0066] S103:分別基于所述第一差值和所述第二差值進行比例和積分PI調(diào)節(jié)，得到所述 旋轉(zhuǎn)坐標系下對應第一差值的第一電壓分量iC，及對應第二差值的第二電壓分量u/;
[0067] S104:根據(jù)所述轉(zhuǎn)子角位移Θ對所述第一電壓分量U(；和所述第二電壓分量u/進行 派克逆變換，得到定子的第一電壓Ua和第二電壓Ui!;
[0068] S105:對所述第一電壓Ua和所述第二電壓Ue進行空間矢量脈寬調(diào)制，得到脈寬信 號，并依據(jù)所述脈寬信號生成三相電流控制所述永磁同步電機運行。
[0069] 在本發(fā)明實施例公開的技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述第一電流iq和所述第二電流id由 三相逆變器輸出的三相電流i a、ib、ic基于轉(zhuǎn)子角位移Θ進行三相變兩相得到，包括：
[0070] 將所述三相逆變器輸出的三相電流ia、ib、ic進行克拉克變換，得到兩相平面直角 坐標系下的ia、if!;
[0071] 將所述兩相平面直角坐標系下的ia、ie經(jīng)過派克變換，得到所述旋轉(zhuǎn)坐標系下的所 述第一電流iq和所述第二電流id。
[0072]其中，需要進行說明的是，利用克拉克變換公式(4)將三相逆變器輸出的三相電流 :^:^丄轉(zhuǎn)成兩相平面直角坐標系下的:^々；
[0073]其中，所述克拉克變換公式為：
[0074]
(4)
[0075] 利用派克變換公式(5)將兩相平面直角坐標系下的ihb轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)坐標系下的第 一電流iq和所述第二電流id。
[0076] 怎:由.所怵派克奪拖公忒為，
[0077]
(S)
[0078] 在本發(fā)明實施例公開的技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述第二參考電流i/為0。
[0079] 由上述本發(fā)明實施例一公開的一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制方法 可以得出，本發(fā)明采用變指數(shù)趨近律為8'=- ￡*€&1(8'，3)/82-1^的滑模變結(jié)構(gòu)，基于該變 指數(shù)趨近律的滑模變結(jié)構(gòu)、永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩方程和運動方程計算得到定子的第一參考 電流，計算第一參考電流與永磁同步電機的第一電流i q的第一差值，以及計算預先輸入 的第二參考電流i/與第二電流id的第二差值;分別基于第一差值和第二差值進行比例和積 分PI調(diào)節(jié)，得到第一電壓分量Uqt和第二電壓分量Ud%根據(jù)轉(zhuǎn)子角位移Θ對第一電壓分量Uqt 和第二電壓分量u/進行派克逆變換，得到定子的第一電壓Ua和第二電壓Ui!;對第一電壓Ua和 第二電壓Ufi進行空間矢量脈寬調(diào)制，得到脈寬信號，并依據(jù)所述脈寬信號生成三相電流控 制所述永磁同步電機運行。由此可見，本發(fā)明實施例通過采用新型的變指數(shù)趨近律的滑模 變結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對永磁同步電機的控制，能夠有效改善抖振現(xiàn)象及其帶來的問題。
[0080] 實施例二
[0081] 基于上述本發(fā)明實施例一公開的一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制方 法，本發(fā)明實施例二具體公開了在SlOl中預先獲取變指數(shù)趨近律為 S'=-e*fal(s，aJ)/ s2_ks的滑模變結(jié)構(gòu)的具體獲取過程，具體獲取過程如附圖2所示，包括：
[0082] S201:根據(jù)采樣周期內(nèi)轉(zhuǎn)子的角位移Θ，計算得到所述轉(zhuǎn)子的角速度Coe3;
[0083] S202:利用輸入的參考角速度ω#和所述轉(zhuǎn)子角速度coe的差值e= Cotcoe構(gòu)造滑 模函數(shù)；
[0084]在S202中，所述滑模函數(shù)為：
[0085] s = c/e+e (6)
[0086] 其中，c為滑模面參數(shù)，c > 0;
[0087] S203:基于所述滑模函數(shù)構(gòu)造變指數(shù)趨近律s'=-e*fal(s，aj)/s2-ks;
[0088] S204:驗證所述變指數(shù)趨近律是否滿足滑?？刂瓶蛇_性條件，如果滿足，則確定所 述變指數(shù)趨近律為s ' = al (s，a，δ)/s2-ks ;
[0089] 在S204中，所述滑模控制可達性條件為：
[0090] V，（x)=ss，<〇 (7)
[0091]其中，V(X)為李雅普諾夫函數(shù)
[0092]需要進行說明的是，所述驗證所述變指數(shù)趨近律是否滿足滑?？刂瓶蛇_性條件具 體包括：
[0093] 將構(gòu)造的所述變指數(shù)趨近律代入公式(8)中，則得到公式(9);
[0094] V，（x)=ss， (8)
[0095] ss，=-e*fal(s，a，5)/s_ks2 (9)
[0096] 其中，ε>0,開關(guān)函數(shù)fal(s，aj)與s的符號相同，且k>0,容易得到_e*fal(s，a， S)/s-ks2<0,因此，能夠證明所述變指數(shù)趨近律滿足滑?？刂瓶蛇_性條件。
[0097]由上述本發(fā)明實施例二公開的在SlOl中獲取變指數(shù)趨近律s'=-e*fal(s，a，S)/ s2-ks的具體過程可以得出，本發(fā)明實施例中采用的變指數(shù)趨近律滿足滑?？刂瓶蛇_性條 件，由此可見，采用基于該變指數(shù)趨近律的滑模變結(jié)構(gòu)對永磁同步電機進行控制，能夠?qū)崿F(xiàn) 改善抖振現(xiàn)象及其帶來的問題的目的。
[0098] 實施例三
[0099]本發(fā)明實施例三提供一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制裝置，如附圖3 所示為本發(fā)明實施例三提供的一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制裝置的示意圖， 包括:第一參考電流確定模塊101、第一差值計算模塊102、第二差值計算模塊103、第一比例 和積分調(diào)節(jié)模塊104、第二比例和積分調(diào)節(jié)模塊105、派克逆變換模塊106、控制模塊107; [0100]所述第一參考電流確定模101，用于基于預先獲取的變指數(shù)趨近律為S'=-e*fal (S，a，S)/s2-ks的滑模變結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)坐標系下的所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩方程和所述永磁 同步電機的運動方程計算得到定子的第一參考電流
[0101 ]在本發(fā)明實施例公開的技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述第一參考電流確定模塊101，用 于將變指數(shù)趨近律8'=-￡*^11(8，(1，3)/ 82-1^、所述轉(zhuǎn)矩方程以及所述運動方程聯(lián)立，計算 得到第一參考電流ij;
[0102] 其中，所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩方程參見公式（1)，所述永磁同步電機的運動方程 參見公式(2)，所述第一參考電流參見公式(3);
[0103] 所述第一差值計算模塊102,用于計算所述第一參考電流與所述永磁同步電機 的第一電流iq的第一差值；
[0104]所述第二差值計算模塊103,用于計算預先輸入的第二參考電流i/與所述永磁同 步電機的第二電流id的第二差值；
[0105] 其中，所述第一電流iq和所述第二電流id為所述永磁同步電機在所述旋轉(zhuǎn)坐標下 定子的電流，由三相逆變器輸出的三相電流i a、ib、ic基于轉(zhuǎn)子角位移Θ進行三相變兩相得 到；
[0106] 所述第一比例和積分調(diào)節(jié)模塊104,用于根據(jù)所述第一差值進行比例和積分調(diào)節(jié)， 得到所述旋轉(zhuǎn)坐標系下的第一電壓分量uq%
[0107] 所述第二比例和積分調(diào)節(jié)模塊105,用于根據(jù)所述第二差值進行比例和積分調(diào)節(jié)， 得到所述旋轉(zhuǎn)坐標系下的第二電壓分量u/;
[0108] 所述派克逆變換模塊106,用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子角位移Θ對所述第一電壓分量U(；和所 述第二電壓分量u/進行派克逆變換，得到定子的第一電壓Ua和第二電壓 Ue;
[0109] 所述控制模塊107,對所述第一電壓Ua和所述第二電壓ue進行空間矢量脈寬調(diào)制， 得到脈寬信號，并依據(jù)所述脈寬信號生成三相電流控制所述永磁同步電機運行。
[0110] 在本發(fā)明實施例公開的技術(shù)方案中，優(yōu)選的，還包括:轉(zhuǎn)換模塊108,用于將所述三 相逆變器輸出的三相電流^4、^進行克拉克變換，得到兩相平面直角坐標系下的^、^，并 將所述兩相平面直角坐標系下的i a、ie經(jīng)過派克變換，得到所述旋轉(zhuǎn)坐標系下的所述第一電 流iq和所述第二電流id。
[0111] 其中，需要進行說明的是，本發(fā)明實施例中所述將所述三相逆變器輸出的三相電 流^1。進行克拉克變換，得到兩相平面直角坐標系下的^、^，并將所述兩相平面直角坐 標系下的i a、ie經(jīng)過派克變換，得到所述旋轉(zhuǎn)坐標系下的所述第一電流iq和所述第二電流id 的具體過程和本發(fā)明實施例一中公開的具體過程是一致的，因此，這里不再贅述。
[0112] 在本發(fā)明實施例公開的技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述第二參考電流i/為0。
[0113] 由上述本發(fā)明實施例三公開的一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制裝置 可以得出，本發(fā)明中第一參考電流確定模塊用于基于預先獲取的變指數(shù)趨近律為s'=_ε* fal(S，a，S)/s2-ks的滑模變結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)坐標系下的永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩方程和運動方程計 算得到定子的第一參考電流i q%第一差值計算模塊，用于計算所述第一參考電流與永磁 同步電機的第一電流iq的第一差值;第二差值計算模塊，用于計算預先輸入的第二參考電 流i/與永磁同步電機的第二電流id的第二差值;第一比例和積分調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)第一 差值進行比例和積分調(diào)節(jié)，得到旋轉(zhuǎn)坐標系下的第一電壓分量u q%第二比例和積分調(diào)節(jié)模 塊，用于根據(jù)第二差值進行比例和積分調(diào)節(jié)，得到旋轉(zhuǎn)坐標系下的第二電壓分量u/;派克逆 變換模塊，用于根據(jù)轉(zhuǎn)子角位移Θ對第一電壓分量iC和第二電壓分量u/進行派克逆變換， 得到定子的第一電壓Ua和第二電壓U fi;控制模塊，對第一電壓Ua和第二電壓Ufi進行空間矢量 脈寬調(diào)制，得到脈寬信號，并依據(jù)脈寬信號生成三相電流控制永磁同步電機運行。由此可 見，本發(fā)明實施例通過采用新型的變指數(shù)趨近律的滑模變結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對永磁同步電機的控 制，能夠有效改善抖振現(xiàn)象及其帶來的問題。
[0114] 實施例四
[0115] 基于上述本發(fā)明實施例三公開的一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制裝 置，如附圖4所示的本發(fā)明實施例四公開的一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制裝 置，本發(fā)明實施例四在上述本發(fā)明實施例三的基礎上，進一步還包括：角速度確定模塊201、 滑模函數(shù)構(gòu)造模塊202、變指數(shù)趨近律構(gòu)造模塊203和驗證模塊204;
[0116] 角速度確定模塊201，用于根據(jù)采樣周期內(nèi)轉(zhuǎn)子的角位移Θ，計算得到所述轉(zhuǎn)子的 角速度
[0117] 滑模函數(shù)構(gòu)造模塊202，用于利用輸入的參考角速度ω $和所述轉(zhuǎn)子角速度ω e的差 值0=〇^-〇^構(gòu)造滑模函數(shù)；
[0118] 其中，所述滑模函數(shù)參見公式(6);
[0119] 變指數(shù)趨近律構(gòu)造模塊203,用于基于所述滑模函數(shù)構(gòu)造變指數(shù)趨近律s'=_ε* fal(s,a,5)/s2-ks；
[0120] 驗證模塊204，用于驗證所述變指數(shù)趨近律s ' =-#fal (s，a，δ)/s2-ks是否滿足滑 模控制可達性條件，如果滿足，則確定所述變指數(shù)趨近律為s'=- e*fal(S，aj)/s2-kS;
[0121] 其中，所述滑?？刂瓶蛇_性條件參見公式(7);
[0122] 其中，需要進行說明的是，本發(fā)明實施例中所述驗證所述變指數(shù)趨近律s'=-ε* fal(S，a，S)/s2-ks是否滿足滑?？刂瓶蛇_性條件V'（ X) = ss'<0的具體過程和本發(fā)明實施 例二中具體的驗證過程是一致的。因此，這里不再贅述。
[0123] 由此可見，本發(fā)明實施例中變指數(shù)趨近律構(gòu)造模炔基于滑模函數(shù)構(gòu)造的變指數(shù)趨 近律滿足滑模控制可達性條件。因此，采用基于該變指數(shù)趨近律的滑模變結(jié)構(gòu)對永磁同步 電機進行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)改善抖振現(xiàn)象及其帶來的問題的目的。
[0124] 需要說明的是，本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重 點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。 對于實施例公開的裝置而言，由于其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相 關(guān)之處參見方法部分說明即可。
[0125] 還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個 實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間 存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵 蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備所固有的要素， 或者是還包括為這些過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下， 由語句"包括一個……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備 中還存在另外的相同要素。
[0126] 對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制方法，其特征在于，包括： 基于預先獲取的變指數(shù)趨近律為S ' =-e*fal (S，a，S )/s2-ks的滑模變結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)坐標系 下的所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩方i巧所述永磁同步電機的運動方程計算得到定子的第一參考電滿其中： 為指數(shù)趨近項系數(shù)，且k>0，fal(s，a，S) 為開關(guān)函，U、u、i，sgll、?；戶了3阻數(shù);Te為電磁轉(zhuǎn)矩，P為轉(zhuǎn)子極對數(shù)為轉(zhuǎn) 子永磁體產(chǎn)生的磁鏈，Tl為負載轉(zhuǎn)矩，B為摩擦系數(shù)，J為轉(zhuǎn)動慣量，S為滑模函數(shù)s = c/e+e， 其中，C為滑模面參數(shù)，c>0，e= 輸入的參考角速度，We為轉(zhuǎn)子角速度； 計算所述第一參考電流與所述永磁同步電機的第一電流iq的第一差值，W及計算預 先輸入的第二參考電流i/與所述永磁同步電機的第二電流id的第二差值； 其中，所述第一電流iq和所述第二電流id為所述永磁同步電機在所述旋轉(zhuǎn)坐標下定子 的電流，由=相逆變器輸出的=相電流ia、ib、ic基于轉(zhuǎn)子角位移目進行=相變兩相得到； 分別基于所述第一差值和所述第二差值進行比例和積分PI調(diào)節(jié)，得到所述旋轉(zhuǎn)坐標系 下對應第一差值的第一電壓分量iC，及對應第二差值的第二電壓分量u/; 根據(jù)所述轉(zhuǎn)子角位移0對所述第一電壓分量iC和所述第二電壓分量u/進行派克逆變 換，得到定子的第一電壓Ua和第二電壓ue; 對所述第一電壓Ua和所述第二電壓Ue進行空間矢量脈寬調(diào)制，得到脈寬信號，并依據(jù)所 述脈寬信號生成=相電流控制所述永磁同步電機運行。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預先獲取的變指數(shù)趨近律為s'=-e* f al (S，a, S) /s2-ks的滑模變結(jié)構(gòu)，具體包括： 根據(jù)采樣周期內(nèi)轉(zhuǎn)子的角位移0，計算得到所述轉(zhuǎn)子的角速度《 e ; 利用輸入的參考角速度《勺日所述轉(zhuǎn)子角速度《 e的差值e = CO ^ CO e構(gòu)造滑模函數(shù)S = c/ e+e;其中，C為滑模面參數(shù)，C > 0; 基于所述滑模函數(shù)構(gòu)造變指數(shù)趨近律s' =-e*fal(s，a,S)/s2-ks; 驗證所述變指數(shù)趨近律3'=-巧'31(3,〇,5)/32-43是否滿足滑?？刂瓶蛇_性條件￥'（義） =SS ' <0，如果滿足，則確定所述變指數(shù)趨近律為S ' =-e*fal(S，a,S)/s2-ks; 其中，V(X)為李雅普諾夫函數(shù)3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于變指數(shù)趨近律為S ' =-e*fal (S， a, S)/s2-ks的滑模變結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)坐標系下的所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩方I陽所 述永磁同步電機的運動方程計算得到定子的第一參考電流具體包括： 將變指數(shù)趨近律S ' = -e*fal (s，a，S)/s2-ks、所述轉(zhuǎn)矩方程7: = !尸的/ W及所述運動方 串4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一電流iq和所述第二電流id由=相 逆變器輸出的S相電流ia、ib、ic基于轉(zhuǎn)子角位移0進行S相變兩相得到，包括： 將所述=相逆變器輸出的=相電流ia、ib、ic進行克拉克變換，得到兩相平面直角坐標 系下的ia、ie; 將所述兩相平面直角坐標系下的ia、ie經(jīng)過派克變換，得到所述旋轉(zhuǎn)坐標系下的所述第 一電流iq和所述第二電流id。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二參考電流i/為0。6. -種基于滑模變結(jié)構(gòu)的永磁同步電機的控制裝置，其特征在于，包括： 第一參考電流確定模塊，用于基于預先獲取的變指數(shù)趨近律為s'=-e*fal(s，a, S)/s2-ks的滑模變結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)坐標系下的所述永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩方I陽所 述永磁同步電機的運動方程計算得到定子的第一參考電流I數(shù)趨近項系數(shù)，且k>0，fal(s，a，S) 為開關(guān)函數(shù)，0<〇<1，0<5<1，3邑11(-)為符號函數(shù);16為電磁轉(zhuǎn)矩，9為轉(zhuǎn)子極對數(shù)，4為轉(zhuǎn) 子永磁體產(chǎn)生的磁鏈，Tl為負載轉(zhuǎn)矩，B為摩擦系數(shù)，J為轉(zhuǎn)動慣量，S為滑模變結(jié)構(gòu)的函數(shù)S = c/e+e，其中，C為滑模面參數(shù)，c>0，e= CO^COe, 0^3輸入的參考角速度，COe為轉(zhuǎn)子角速 度； 第一差值計算模塊，用于計算所述第一參考電流iq*與所述永磁同步電機的第一電流iq 的第一差值； 第二差值計算模塊，用于計算預先輸入的第二參考電流i/與所述永磁同步電機的第二 電流id的第二差值； 其中，所述第一電流iq和所述第二電流id為所述永磁同步電機在所述旋轉(zhuǎn)坐標下定子 的電流，由=相逆變器輸出的=相電流ia、ib、ic基于轉(zhuǎn)子角位移目進行=相變兩相得到； 第一比例和積分調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)所述第一差值進行比例和積分調(diào)節(jié)，得到所述旋 轉(zhuǎn)坐標系下的第一電壓分量Uq*; 第二比例和積分調(diào)節(jié)模塊，用于根據(jù)所述第二差值進行比例和積分調(diào)節(jié)，得到所述旋 轉(zhuǎn)坐標系下的第二電壓分量u/; 派克逆變換模塊，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)子角位移0對所述第一電壓分量IC和所述第二電壓 分量u/進行派克逆變換，得到定子的第一電壓Ua和第二電壓ue; 控制模塊，對所述第一電壓Ua和所述第二電壓Ue進行空間矢量脈寬調(diào)制，得到脈寬信 號，并依據(jù)所述脈寬信號生成=相電流控制所述永磁同步電機運行。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括： 角速度確定模塊，用于根據(jù)采樣周期內(nèi)轉(zhuǎn)子的角位移0，計算得到所述轉(zhuǎn)子的角速度 ?e; 滑模函數(shù)構(gòu)造模塊，用于利用輸入的參考角速度《勺日所述轉(zhuǎn)子角速度《 e的差值e = ? ^ ?e構(gòu)造滑模函數(shù)S = c/e+e;其中，C為滑模面參數(shù)，C > O; 變指數(shù)趨近律構(gòu)造模塊，用于基于所述滑模函數(shù)構(gòu)造變指數(shù)趨近律S ' =-e*fal (S，a， 5)/s^-ks； 驗證模塊，用于驗證所述變指數(shù)趨近律s'=-e*fal(s，a，S)/s2-ks是否滿足滑?？刂瓶?達性條件V'（X) = SS ' <0，如果滿足，則確定所述變指數(shù)趨近律為S ' =-e*fal (S，a, S)/s2- ks ； 其中，V(X)為李雅普諾夫函I8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第一參考電流確定模塊，用于將變指數(shù)趨 近肩，其中，s = c/e+e，e=?*-?e、所述轉(zhuǎn)矩方矛！W及 所述運動方程挨立，計算得至I。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，還包括：轉(zhuǎn)換模塊，用于將所述=相逆變器輸出的=相電流ia、ib、ic進行克拉克變換，得到兩相 平面直角坐標系下的ia、ie，并將所述兩相平面直角坐標系下的ia、ie經(jīng)過派克變換，得到所 述旋轉(zhuǎn)坐標系下的所述第一電流iq和所述第二電流id。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第二參考電流i/為0。
【文檔編號】H02P21/05GK105915137SQ201610472131
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】劉豐, 谷愛昱, 羅志偉
【申請人】廣東工業(yè)大學