一种永磁同步电机控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113922724A(43)申请公布日2022.01.11(21)申请号202111358729.2H02P25/022(2016.01)(22)申请日2021.11.16H02P27/12(2006.01)H02P6/34(2016.01)(71)申请人新风光电子科技股份有限公司地址272500山东省济宁市汶上县经济开发区金成路中段路北(72)发明人郭少明张良裴宝峰李志刚万京(74)专利代理机构济南泉城专利商标事务所37218代理人赵玉凤(51)Int.Cl.H02P21/14(2016.01)H02P21/18(2016.01)H02P21/20(2016.01)H02P21/22(2016.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种永磁同步电机控制方法(57)摘要本发明公开一种永磁同步电机控制方法，在常规幂次趋近率的基础上加入变速和变指数项构成自适应趋近律，使趋近速度与系统状态变化相关联，一方面有效地增加了系统响应速度和趋近速度，另一方面减少了系统的抖振，与常规趋近律滑模控制相比，具有更好的动态性能和更高德鲁棒性。与此同时，本发明针对所设计的控制器提出了一种基于智能算法的多目标参数优化方法，综合考虑转速上升时间，超调量和稳态误差三个目标，采用智能算法，对控制器涉及的参数进行优化，为控制器参数的整定提供一种参考，避免了参数设置的盲目性。CN113922724ACN113922724A权利要求书1/2页1.一种永磁同步电机控制方法，其特征在于：本方法采用速度、电流双闭环控制策略，电流环采用传统PI控制器，转速环采用基于新型自适应趋近律的滑模控制器，将电机转速给定值ωr与位置检测器测得的电机转速ωm经过减法器得到速度偏差作为滑模控制器的输入，通过滑模控制器输出的指令值给电流环iq；所述新型自适应趋近律的滑模控制器在幂次趋近律的基础上，结合幂次函数tansig，引入变速趋近律和变指数趋近律作为自适应项，当系统状态变量距离滑模面较远时，趋近速度由幂次趋近律项和变指数趋近律项决定，幂次项保证了趋近速度足够大，当系统状态变量运动轨迹距离滑模面较近时，此时，趋近速度由变速趋近律项和变指数趋近律项决定，变速趋近律将加快系统变量划向滑模面并削弱抖振。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于：所述滑模控制器的趋近律表达式为：其中s为线性滑模面，x为系统状态变量，为滑模面的导函数，k1、k2、k3均为大于零的系数，0<α<1，0<β<1，取值范围是(0,1)，sgn()为符号函数，定义滑模面函数为：s＝cx1+x2(2)，其中ωr是电机的参考转速，通常为给定的常数，ωm为实际转速，c为滑模面参数，为实际转速的变化率；结合永磁同步电机机械运动方程及电磁转矩方程，得q轴电流给定值如下：其中Pn为电机转子极对数，ψf为永磁体磁链，J为电机转动惯量。3.根据权利要求2所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于：通过控制器参数优化方法优化滑模控制器参数k1、k2、k3、α、β以及滑模面参数c；控制器参数优化方法的目标函数如下：其中，p1为上升时间目标的惩罚系数，p2为超调量目标的惩罚系数，p3为稳态误差目标的惩罚系数，Δs1为上升时间段内给定转速与实际转速的差值，Δs2为转速调节过程中最大值与给定值的差，Δs3为系统达到稳态后给定转速与实际转速的差值；2CN113922724A权利要求书2/2页约束条件如下：利用粒子群算法或遗传算法求解目标函数，解的形式为：U＝[k1,k2,k3,α,β,c](16)。4.根据权利要求1所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于：为了验证本方法的合理性和有效性，在Simulink中搭建仿真模型，并与传统的PI速度控制器、指数趋近律和幂次趋近律的滑模速度控制器构成的控制系统进行比较，进行空载启动实验，转速给定ωr为1000r/min，从PI控制器和滑模控制器的三相PWSM矢量控制系统仿真结果得出，基于新型自适应趋近律的滑模控制器的空载启动效果优于PI控制器。5.根据权利要求1所述的永磁同步电机控制方法，其特征在于：为了研究基于新型自适应趋近律的滑模控制器的抗扰动能力，在Simulink中搭建仿真模型，并与传统的PI速度控制器、指数趋近律和幂次趋近律的滑模速度控制器构成的控制系统进行比较，设计突加负载和突减负载时系统的调节仿真，在t＝0.2s时，突加负载转矩TL＝10N·m，在t＝0.3s时，突减负载TL＝10N·m后运行至结束，观察仿真结果，仿真结果包括转速响应及转矩、三相电流变化，从仿真结果看出，在0.2s突加负载和0.3s突减负载后，PI控制器出现较大的超调，调节速度较慢，且抖振较大；基于新型趋近律的滑模控制器调节速度