基于新型趋近律的永磁同步电机滑模变结构矢量控制.docx

基于新型趋近律的永磁同步电机滑模变结构矢量控制
范炳奎李颖晖邹强
（空军工程大学工程学院，陕西省，西安市，710038）
SlidingModeVariableStructureVectorControlofPermanentMagnetSynchronousMachineBasedonaNovelReachingLaw
FanBing-kuiLiYing-huiZouQiang
(AirForceEngineeringUniversityEngineeringCollege,ShaanxiProvinceXian,710038,China)
ABSTRACT：InordertoimprovetherobustnessandperformanceofthePMSMcontroldrivesystem,thispaperdevisedanovelvariableexponentreachinglawofslidingcontrolstrategy,andthenanalyzedandprovedthestabilityofthestrategy.Thestrategysolvedtheproblemsthatthetimeofresponseislongandrobustnessofthesystemisunstrong.Atthesametimeitweakenstheseriouschattingwhichexistedintraditionalslidingmodecontrol.Atlast,thefeasibilityandvalidityofthiscontrolstrategywasverifiedbyimitationandconductingexperiment.
KEYWORDS：permanentmagnetsynchronousmachine；variableexponentreachinglaw；variablestructureslidingmodecontrol；vectorcontrol；chatting；
摘要：为了提高永磁同步电机控制系统的鲁棒性和其控制性能，本文设计了一种变指数趋近律的滑模变结构控制策略，并分析和证明了该控制策略的稳定性。该方法克服了传统PI控制存在响应时间长、鲁棒性不强的不足，同时也减弱了传统滑模变结构控制存在的严重抖振的问题。最后，通过仿真试验验证该方法的可行性和有效性。
关键字：永磁同步电机；变指数趋近律；滑模变结构；矢量控制；抖振

0引言
永磁同步电动机(PMSM)具有结构简单、功率密度高、效率高等优点，在高精度数控机床、机器人等场所得到了广泛应用。传统PMSM控制器大多采用PI调节器，PI控制算法简单，能满足一定范围内的控制要求，但其设计依赖于精确数学模型，而且存在响应时间长，鲁棒性不强等不足，而PMSM是一个多变量、强藕合、非线性、变参数的复杂对象，在实际应用中，由于外界干扰及内部摄动等不确定因素的影响，传统PI控制器很难满足高性能控制的要求。现代控制理论的发展为PMSM高性能控制器的实现提供了可能[1-3]。
SMC是20世纪50年代苏联学者提出的一种有效的非线性鲁棒控制方法，其最大优点在于当系统处于滑动模态时，系统状态的转移不受原有参数变化和外部扰动影响，具有完全自适应性和鲁棒性。同时它无需对系统精确观测，控制率整定方法简单，易于数字实现，系统响应快，瞬态性能好。
随着SMC理论的完善和发展，近年来，国内外研究人员尝试将SMC应用于各类电机的位置伺服系统中，已有许多学者开始探索PMSM调速控制系统中应用SMC技术。文献[4]将SMC引入PMSM无位置传感器调速系统，提高了速度观测器精度。文献[5]将SMC用于PMSM直接转矩控制。
本文采用一种新的变指数趋近律的滑模控制器和SVPWM矢量控制方法代替传统的PI速度控制器和开关表。滑模控制器强迫转速进入设定的滑模面，大大减小了脉动。变指数趋近律方法让系统的状态变量运动轨迹离滑模面较远时，按变速和指数2种速率趋向滑模面，提高了趋近速度，而当接近滑模面时，指数趋近律速度接近为零，有效地减小了进入滑模面的初始系统抖振。系统进入稳态后，稳定于原点，抖振现象消失，此举解决了滑模变结构固有的抖振严重的问题。
1变指数趋近律
滑模变结构控制的运动由2部分组成：=1\*GB2⑴是系统在连续控制下的正常运动阶段，它在状态空间中的运动轨迹全部位于切换面以外，或者有限地穿过切换面；=2\*GB2⑵是系统在切换面附近且沿切换面向稳定点运动的滑模运动阶段[6]。
高为炳院士于上世纪提出趋近律的概念，并设计了指数趋近律，规定了滑模控制过程中系统运动阶段的状态轨迹，在国内外得到了广泛应用。但是指数趋近律有自身的缺点，它的切换带为