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基于滑模变结构的永磁同步电机直接转矩控制的研究
摘要
滑模变结构控制法是一种基于变结构控制原理的控制方法。在永磁同步电机直接转矩控制领域中，滑模控制法具有响应速度快、控制精度高、鲁棒性好等优点。本文对滑模变结构控制法在永磁同步电机直接转矩控制中的应用进行了研究和分析，并在Matlab/Simulink仿真环境下进行了模拟实验验证，结果表明该方法能够实现对永磁同步电机直接转矩的精确控制和优异性能。
关键词：滑模变结构控制法；永磁同步电机；直接转矩控制；Matlab/Simulink仿真
Abstract
Slidingmodevariablestructurecontrolisacontrolmethodbasedonvariablestructurecontrolprinciple.Inthefieldofdirecttorquecontrolofpermanentmagnetsynchronousmotor,slidingmodecontrolhastheadvantagesoffastresponsespeed,highcontrolprecisionandgoodrobustness.Inthispaper,theapplicationofslidingmodevariablestructurecontrolindirecttorquecontrolofpermanentmagnetsynchronousmotorisstudiedandanalyzed,andsimulationexperimentsarecarriedoutinMatlab/Simulinksimulationenvironment.Theresultsshowthatthismethodcanachieveaccuratecontrolofdirecttorqueofpermanentmagnetsynchronousmotorandexcellentperformance.
Keywords:slidingmodevariablestructurecontrol;permanentmagnetsynchronousmotor;directtorquecontrol;Matlab/Simulinksimulation
一、引言
永磁同步电机具有结构简单、体积小、功率密度高等优点，在现代工业中得到了广泛应用。直接转矩控制法（DirectTorqueControl，DTC）是永磁同步电机控制中的一种有效方法，能够实现对电机直接转矩的精确控制和快速响应。然而传统的DTC方法存在响应速度慢、控制精度低等缺点。为了克服这些缺点，近年来研究者们提出了很多改进方法，其中滑模变结构控制法是一种有效的方法。
滑模变结构控制法是一种基于变结构控制原理的控制方法，其主要思想是通过设计一个滑模面，将系统状态强制滑动到滑模面上，在滑动过程中实现控制目标。滑模控制法具有响应速度快、控制精度高、鲁棒性好等优点，在永磁同步电机直接转矩控制领域中也得到了广泛应用。
本文将对滑模变结构控制法在永磁同步电机直接转矩控制中的应用进行研究和分析，并在Matlab/Simulink仿真环境下进行模拟实验验证，以验证该方法能否实现对永磁同步电机直接转矩的精确控制和良好性能。
二、永磁同步电机直接转矩控制
永磁同步电机最常用的控制方法之一是直接转矩控制法，其主要思想是实现电机直接转矩的控制，而无需进行速度和位置测量等。DTC方法通过对电机转子电流的控制来实现对电机转矩的控制，其控制流程如图1所示。
图1直接转矩控制流程图
在DTC方法中，根据转子电流和磁链信息，计算出电机的转子位置和速度，并通过一个比较器将该值与所需的电机转子位置和速度进行比较，从而计算出合适的上、下限电流值，控制转矩输出。
然而传统的DTC方法在实际应用中会存在一些缺点：1）DTC方法具有固有的瞬变问题，响应速度较慢；2）在电机电性能不稳定或负载扰动较大的情况下，DTC控制效果不佳。
为了解决这些缺点，提高永磁同步电机直接转矩控制的精度和性能，近年来，研究者们提出了许多方法，其中滑模变结构控制法是一种有效的方法。
三、滑模变结构控制法原理
滑模变结构控制法是一种基于变结构控制原理的控制方法，其主要思想是通过设计一个滑模面，将系统状态强制滑动到滑模面上，从而实现系统控制目标。滑模变结构控制法的控制框架如图2所示。
图2滑模变结构控制法控制框架
滑模控制的基本原理是在稳态下，系统状态所在的滑面上分辨得到，而在非稳态下，系统状态可被强制滑动到滑面之上，从而将非线性系统控制问题转化为线性控制问题。
滑模面通常由离散的曲面表示，由于系统状态处于滑面上，可以保证系统状态受到控制，从而滑动在滑面上。当滑面拓扑结构的一个自由空间消失时，控制器