结合改进趋近律和扰动补偿的PMSM滑模控制.pdf
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1、第 61 卷 第 9 期Vol.61 No.92023 年 9 月September 2023农业装备与车辆工程AGRICULTURAL EQUIPMENT&VEHICLE ENGINEERING0 引言永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因其结构简单、体积小和效率高等优点,普遍应用于新能源汽车、智能化数控机床、智能机器人等行业中1。面对复杂的工况条件,电机控制系统的性能显得尤为重要。传统的 PMSM调速控制系统中大多采用比例积分控制,但 PMSM是一个非线性、强耦合和多变量的复杂对象,且在PMSM 的运行过程中常出现外界扰动变化和内部
2、参数变化的工况,依靠比例积分控制难以实现高精度的效果。为提高 PMSM 的控制性能,国内外学者将各种控制理论应用在 PMSM 控制系统中,如滑模控制2、模糊控制3等。滑模控制因其结构简单、鲁棒性强和良好的抗干扰能力等优点逐渐成为研究热点,但固有的抖振会增加控制器的负担,影响控制系统的稳定性4。因此,在滑模控制中减弱抖振成为重要研究方向。控制理论领域著名学者高为炳院士引入趋近律的方法提升滑模控制的动态品质5;王要强等6通过引入系统的状态变量构成变速趋近律来减弱抖振幅度大的问题,但没有考虑受到扰动时系统稳定性下降的问题;赵峰等7针对滑模控制的 2 个不同阶段设计一种分段函数改进趋近律,并设计了扩张
3、状态观测器估计扰动,提高控制系统的鲁棒性,但系统过于复杂;胡启国等8针对控制系统趋近速度和抖振幅度之间存在矛盾的问题,采用模糊神经网络算法对改进趋近律中的参数进行动态优化,但智能优化算法的使用会增加控制器的算力,加重控制器doi:10.3969/j.issn.1673-3142.2023.09.018结合改进趋近律和扰动补偿的 PMSM 滑模控制李勇,诸德宏(212001 江苏省 镇江市 江苏大学 电气信息工程学院)摘要 为了进一步提高永磁同步电机滑模调速控制系统的性能,提出一种基于改进趋近律和扰动补偿的综合控制策略。首先,针对传统指数趋近律中趋近速度和系统抖振幅度存在矛盾的问题,引入滑模面的
4、幂次函数和系统状态变量的范数设计了一种改进趋近律,其可根据系统状态动态调节控制过程,并对改进趋近律进行了抑制抖振效果的分析和稳定性分析;其次,针对系统受到扰动影响稳定性的问题,设计了一种扩展的滑模扰动观测器,对扰动进行实时观测并补偿到系统中。MATLAB/Simulink 仿真结果表明:基于改进趋近律和扰动观测器的综合控制方法可以提高控制系统的鲁棒性和动态响应性能。关键词 永磁同步电机;滑模控制;改进趋近律;扰动补偿 中图分类号 TM351 文献标志码 A 文章编号 1673-3142(2023)09-0082-005引用格式:李勇,诸德宏.结合改进趋近律和扰动补偿的 PMSM 滑模控制 J.
5、农业装备与车辆工程,2023,61(9):82-86.PMSM sliding mode control combining improved reaching law and disturbance compensationLI Yong,ZHU Dehong(School of Electrical and Information Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang 212001,Jiangsu,China)Abstract In order to improve the performance of sliding mode speed co
6、ntrol system of permanent magnet synchronous motor,an integrated control strategy based on improved reaching law and disturbance compensation was proposed.First,in view of the contradiction problem between the approach speed and the amplitude of the system chattering of traditional exponential reach
7、ing law,by introducing the exponential function of the sliding mode plane and the norm of the system state variables,an improved reaching law was designed,the process could be adjusted dynamically based on the system state control,and the effectiveness and stability of the improved approach law in s
8、uppressing chattering were analyzed.Secondly,aiming at the problem that the stability of the system was affected by the disturbance,an extended sliding mode disturbance observer was designed to observe the disturbance in real time and compensate it into the system.MATLAB/Simulink simulation results
9、showed that the integrated control method based on the improved reaching law and disturbance observer could improve the robustness and dynamic response performance of the control system.Key words permanent magnet synchronous motor;sliding mode control;improved reaching law;disturbance compensation收稿
10、日期:2022-08-1283第 61 卷第 9 期的负担。本文将设计改进趋近律和扰动补偿相结合的控制方法,在指数趋近律的基础上设计了一种改进趋近律,在保证系统快速收敛的同时又一定程度上减弱抖振。针对系统可能受到的扰动问题,设计了一种滑模扰动观测器对系统进行实时的前馈补偿,进一步提升系统的稳定性。1 PMSM 数学模型相对于内置式三相永磁同步电机,表贴式三相永磁同步电机有转动惯量小、电流响应速度快和制造成本低等优点,因此本文以表贴式永磁同步电机为研究对象,忽略电机损耗及铁芯饱和等问题,在旋转坐标系下构建数学模型,其电压方程为dddduR iLtiL iuR iLtiL iseseddddqqq
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