CN111682813A - 一种基于扰动观测器的永磁同步电机滑模控制方法 - Google Patents
一种基于扰动观测器的永磁同步电机滑模控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111682813A CN111682813A CN202010434377.3A CN202010434377A CN111682813A CN 111682813 A CN111682813 A CN 111682813A CN 202010434377 A CN202010434377 A CN 202010434377A CN 111682813 A CN111682813 A CN 111682813A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- permanent magnet
- magnet synchronous
- synchronous motor
- disturbance
- sliding mode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 39
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims abstract description 8
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
- H02P21/0007—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control using sliding mode control
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/13—Observer control, e.g. using Luenberger observers or Kalman filters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
- H02P25/022—Synchronous motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
- H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于扰动观测器的永磁同步电机滑模控制方法,属于永磁同步电机控制领域。首先构造永磁同步电机的数学模型,接着定义电机控制***的状态变量并建立***的状态方程,然后再为速度环设计自适应二阶滑模控制器,最后设计一种广义比例积分观测器观测集总扰动,并将观测值前馈补偿到滑模控制器中,得到复合控制器。本发明所提出的控制器的优点是采用自适应律来调节二阶滑模控制器增益的大小,避免了因控制器增益选取过大而导致的***抖振问题;利用滑模微分器代替自适应策略中的传统低通滤波器,放宽了低通滤波器的参数限制;利用广义比例积分扰动观测器对干扰进行实时观测,能更进一步的减小***抖振,使***有更好的抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明涉及电机调速控制技术领域,特别涉及一种基于扰动观测器的永磁同步电机滑模控制方法。
背景技术
随着稀土永磁材料制造工艺的提高,永磁同步电机的发展得到大幅提高,使其具有效率高、体积小和结构简单等特点。但是,永磁同步电机控制***是一个非线性、多变量、强耦合***,并且实际工程应用中的工作环境较为复杂,如果不能很好的处理这些不确定因素,将会对永磁同步电机的运行造成严重影响。因此在一些精度要求高的场合,对控制算法提出了更高的要求。
滑模变结构控制以其对不确定性和外部干扰具有鲁棒性强、动态响应快等特点,被广泛应用到各种非线性***中。但在实际应用中,开关器件的切换频率无法达到无限快,在滑模面切换过程中会产生抖振现象,这在一定程度上制约了滑模控制在工程中的应用。
发明内容
为了解决目前永磁同步电机的调速问题,本发明提出了一种基于扰动观测器的滑模控制方法,不仅有效规避了扰动边界无法获取问题,同时还能在一定程度上削减***的抖振,提高抗扰性能。
本发明的技术方案为:
一种基于扰动观测器的永磁同步电机滑模控制方法,包括以下步骤:
步骤1:构建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***的状态方程;
步骤3:在永磁同步电机模型下,为速度环设计自适应二阶滑模控制器;
步骤4:利用微分观测器,估计高频开关信号的平均值;
步骤5:设计一种广义比例积分扰动观测器,并将观测到的扰动进行前馈补偿,得到复合控制器。
进一步,所述步骤1中,永磁同步电机的数学模型为:
式中R为定子绕组相电阻,Ud和Uq分别为d轴电压和q轴电压,id和iq分别为d轴电流和q轴电流,Pn为电机极对数,ω为转子机械角速度,Ls为电机定子电感,ψf为电机磁链,TL为负载,kt为转矩常数,J为转动惯量,B为摩擦系数。
根据定义的状态变量,得到如下的***状态方程
进一步,所述步骤3中,针对***状态方程(2),虚拟控制器u1设计为
进一步,所述步骤5中,广义比例积分观测器设计为
本发明具有以下有益效果:
(1)采用自适应律来调节控制增益的大小,避免了因控制器增益选取过大而导致的***抖振的问题。
(2)利用滑模微分器代替自适应策略中的传统低通滤波器,放宽了低通滤波器的参数限制。
(3)利用干扰观测器对扰动进行实时观测,并将观测值补偿到自适应二阶滑模控制器中,能更加减小***抖振,使***有更好的抗干扰能力。
附图说明
图1为永磁同步电机控制原理框图;
图2为负载随时间的变化曲线;
图3为永磁同步电机转速对比图;
图4为永磁同步电机q轴电流对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于扰动观测器的永磁同步电机滑模控制方法。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确,以下参照说明书附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示,永磁同步电机控制***由自适应二阶滑模控制器、广义比例积分扰动观测器、解耦PI控制器、SVPWM模块、PMSM模块、三项逆变器和转速、位置检测模块组成。
基于上述***,下面通过永磁同步电机的一组具体参数和其在MATLAB软件中的仿真结果具体说明本发明的具体实施方式。仿真中电机参数如表1所示。
表1永磁同步电机参数
本发明实施例子的方法包括如下步骤:
1、根据表1所给的电机参数,通过矢量控制策略建立永磁同步电机数学模型:
然后与公式(1)结合,得到如下的***状态方程
3、针对***状态方程(2),将虚拟控制器u1设计为
5、设计广义比例积分观测器对扰动进行观测,构造观测器如下
6、将观测到的扰动前馈补偿到虚拟控制器u1中,得到的复合控制器u为
7、设计速度环控制器后,通过仿真对比,验证本发明的控制效果。具体地,设置永磁同步电机的期望转速为800rpm,且仿真中所加负载如图2所示。选取自适应二阶滑模控制器的参数为γ=2,β1=1,K=30,k1=0.001,k2=10,w=0.9;选取广义比例积分观测器的参数为θ1=10,θ2=40,ψ1=80,ψ2=200。图3为复合控制与自适应二阶滑膜控制的永磁同步电机转速对比图,图4为复合控制与自适应二阶滑膜控制的永磁同步电机q轴电流对比图。
由仿真结果可以看出,综合来说,复合控制器与自适应二阶滑模控制器相比,具有更好的抗干扰性能,且复合控制器中的抖振明显小于自适应二阶滑模控制器。
综上,本发明的一种基于扰动观测器的永磁同步电机滑模控制方法,属于永磁同步电机控制领域。首先构造永磁同步电机的数学模型,接着定义电机控制***的状态变量并建立***的状态方程,然后再为速度环设计自适应二阶滑模控制器,最后设计一种广义比例积分观测器观测集总扰动,并将观测值前馈补偿到滑模控制器中,得到复合控制器。本发明所提出的控制器的优点是采用自适应律来调节二阶滑模控制器增益的大小,避免了因控制器增益选取过大而导致的***抖振问题;利用滑模微分器代替自适应策略中的传统低通滤波器,放宽了低通滤波器的参数限制;利用广义比例积分扰动观测器对干扰进行实时观测,能更进一步的减小***抖振,使***有更好的抗干扰能力。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种基于扰动观测器的永磁同步电机滑模控制方法,其特征在于,包括以下步骤:构建基于永磁同步电机在d-q轴下的数学模型,定义永磁同步电机***的状态变量,建立***的状态方程;在永磁同步电机的数学模型下,为速度环设计自适应二阶滑模控制器;利用微分观测器,估计高频开关信号的平均值;利用广义比例积分观测器对扰动进行观测,并将观测值作为前馈补偿,得到复合控制器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010434377.3A CN111682813B (zh) | 2020-05-20 | 2020-05-20 | 一种基于扰动观测器的永磁同步电机滑模控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010434377.3A CN111682813B (zh) | 2020-05-20 | 2020-05-20 | 一种基于扰动观测器的永磁同步电机滑模控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111682813A true CN111682813A (zh) | 2020-09-18 |
CN111682813B CN111682813B (zh) | 2023-05-09 |
Family
ID=72452550
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010434377.3A Active CN111682813B (zh) | 2020-05-20 | 2020-05-20 | 一种基于扰动观测器的永磁同步电机滑模控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111682813B (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113285640A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-08-20 | 江苏大学 | 一种基于gpi观测器的永磁同步电机分数阶滑模控制方法 |
CN113708697A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-11-26 | 江苏大学 | 带有执行器饱和的永磁同步电机调速控制方法 |
CN114726275A (zh) * | 2022-05-09 | 2022-07-08 | 电子科技大学 | 一种应用于含摩擦随动***的自适应滑模控制方法 |
CN117439465A (zh) * | 2023-10-12 | 2024-01-23 | 常州大学 | 一种基于非匹配干扰补偿的永磁同步电机滑模控制方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109067274A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-12-21 | 重庆邮电大学 | 基于干扰补偿的永磁同步电机调速的积分滑模控制方法 |
CN110492804A (zh) * | 2019-07-08 | 2019-11-22 | 江苏大学 | 一种基于新型扰动观测器的永磁同步电机二阶滑模控制方法 |
-
2020
- 2020-05-20 CN CN202010434377.3A patent/CN111682813B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109067274A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-12-21 | 重庆邮电大学 | 基于干扰补偿的永磁同步电机调速的积分滑模控制方法 |
CN110492804A (zh) * | 2019-07-08 | 2019-11-22 | 江苏大学 | 一种基于新型扰动观测器的永磁同步电机二阶滑模控制方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
ARIE LEVANT等: "Sliding-Mode-Based Differentiation and Filtering" * |
张小华等: "基于扰动观测器和有限时间控制的永磁同步电机调速***" * |
王会明: "运动控制***的抗干扰控制理论与应用研究" * |
白天明: "基于新型扰动观测器的永磁同步电机滑模控制" * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113285640A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-08-20 | 江苏大学 | 一种基于gpi观测器的永磁同步电机分数阶滑模控制方法 |
CN113708697A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-11-26 | 江苏大学 | 带有执行器饱和的永磁同步电机调速控制方法 |
CN113708697B (zh) * | 2021-07-14 | 2023-12-15 | 江苏大学 | 带有执行器饱和的永磁同步电机调速控制方法 |
CN114726275A (zh) * | 2022-05-09 | 2022-07-08 | 电子科技大学 | 一种应用于含摩擦随动***的自适应滑模控制方法 |
CN117439465A (zh) * | 2023-10-12 | 2024-01-23 | 常州大学 | 一种基于非匹配干扰补偿的永磁同步电机滑模控制方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111682813B (zh) | 2023-05-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110429881B (zh) | 一种永磁同步电机的自抗扰控制方法 | |
CN111682813A (zh) | 一种基于扰动观测器的永磁同步电机滑模控制方法 | |
CN110323986B (zh) | 一种永磁同步电机转子位置角估算方法 | |
CN109039193B (zh) | 一种基于I/f启动策略抑制电机转速波动的方法及*** | |
CN110995095B (zh) | 无位置传感器的永磁同步电机控制方法及汽车动力*** | |
CN110518852A (zh) | 基于谐波注入的永磁同步电机电流谐波抑制方法 | |
CN114389490B (zh) | 基于固定时间二阶滑模技术的永磁同步电机转速控制方法 | |
CN111193448B (zh) | 基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机负载转矩观测方法 | |
CN110995102A (zh) | 一种永磁同步电机直接转矩控制方法及*** | |
CN112532133B (zh) | 一种适用于永磁同步电机滤波补偿滑模自抗扰控制方法 | |
CN115102442A (zh) | 一种表贴式永磁同步电机矢量控制方法及*** | |
CN111371357A (zh) | 一种基于自适应超螺旋算法的永磁同步电机调速控制方法 | |
CN110620537A (zh) | 一种基于adrc与高频方波注入的pmsm无传感器控制策略 | |
CN117691903A (zh) | 基于rbf神经网络的永磁同步电机滑模控制方法 | |
CN113890441B (zh) | 基于改进谐波电压补偿的永磁同步电机电流谐波抑制方法 | |
CN112039386A (zh) | 一种基于模糊准比例谐振的永磁同步电机转矩脉动抑制方法 | |
CN108429501B (zh) | 一种永磁同步电机负载扰动的观测方法 | |
CN113098335A (zh) | 基于模糊qpr控制和电压补偿的永磁同步电机谐波抑制方法 | |
Xu et al. | Backstepping direct torque control of permanent magnet synchronous motor with RLS parameter identification | |
CN113708697B (zh) | 带有执行器饱和的永磁同步电机调速控制方法 | |
CN116094383A (zh) | 永磁同步电机时变非线性扰动观测器及电流约束控制方法 | |
CN115580197A (zh) | 计及lcl滤波器的高速永磁同步电机闭环无位置控制策略 | |
CN113037166B (zh) | 基于幅值观测器的高频响应电流幅值提取方法 | |
CN112152528B (zh) | 一种基于自适应终端滑模的永磁同步电机调速控制方法 | |
CN114448308B (zh) | 一种永磁同步电机调速***的变增益滑模控制方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |