1.一种基于扰动观测器的永磁同步电机二阶滑模控制方法,其特征在于,基于永磁同步电机在d‑q轴坐标系下的数学模型,选择控制输出为速度偏差量,为转速环设计二阶滑模控制器;利用设计新型的一阶负载扰动观测器,进行前馈补偿;
所述控制方法的步骤包括:
步骤1、建立永磁同步电机的数学模型;
步骤2、定义永磁同步电机的状态变量,建立系统的状态方程;
步骤3、选择控制输出为速度偏差量,为转速环设计二阶滑模控制器;
步骤4、设计一种新型的一阶负载扰动观测器,并将观测的负载转矩进行前馈补偿;
* *
步骤2中,所述定义的永磁同步电机的状态变量为x1=ω‑ω , 式中ω为转子期望角速度;
建立系统的状态方程的方法如下:根据定义的状态变量,建立如下表达式:考虑方程的不确定性,将式(2)表示为其中,Δa,Δb,Δc表示相应的不确定项,假设d(t)为系统总的不确定项,则有且d(t)≤L,L为一个有界的正常数;
将式(3)、式(4)带入式(2),得系统状态方程如下步骤3中,所述设计二阶滑模控制器的方法包括如下:选择控制输出为速度偏差量s=x1,假设滑动变量相对阶为2,则滑动变量s满足其中 |b
(t,x)|≥b;其中,常数b>0;
针对式子(4)对应的系统设计如下的虚拟控制器其中,定义r1=1,r2=r1+τ,r3=r2+τ, τ=‑τ1/τ2,τ1为偶数,τ2为奇数;
定义饱和函数为
以及
β1>1,
则滑动变量s, 将在有限时间内稳定;则实际控制器即给定电流如下
iq=∫u1dt (9);
步骤4中,所述新型的一阶负载扰动观测器的设计方法包括如下:由永磁同步电机模型表达式 得到如下关系:将其改写为
由式子(11)构造一个辅助系统如下该辅助系统中,其输出为Z,输入为h,且h为电机实际转速ω与Z误差的K倍,即h=K(ω‑Z),K为新型扰动观测器的增益,kt为电机的转矩常数,Z为新型扰动观测器观测到的转速。
2.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测器的永磁同步电机二阶滑模控制方法,其特征在于,步骤1中,所述建立的永磁同步电机模型为其中,id、iq分别为永磁同步电机定子绕组的d轴电流、q轴电流,ud、uq分别为d轴电压、q轴电压,R为定子电阻,TL为负载转矩,J为电机转动惯量,ω为电机机械角速度,B为摩擦系数,L为电机定子电感, 为电机的磁链,P为电机极对数;且 为电机转矩常数;对整个系统采用id=0的矢量控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于扰动观测器的永磁同步电机二阶滑模控制方法,其特征在于,步骤4中,所述将观测的负载转矩进行前馈补偿的方法包括如下:根据新型的一阶负载扰动观测器,得到其观测值,即负载转矩为其中, 为扰动观测值,h为扰动观测器中辅助系统的输入量,iq为永磁同步电机定子绕组的q轴电流;
再将观测的负载转矩前馈补偿到电流环控制器的输入端,因此,得到电流如下: