摘 要：通過(guò)將滑模變結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用于永磁同步電機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制，解決了傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制中存在的磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大、逆變器開(kāi)關(guān)頻率不恒定、低速時(shí)難以準(zhǔn)確控制以及因轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)引起的高頻噪聲等問(wèn)題，既保持了直接轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快速的優(yōu)點(diǎn)，又保持了滑模變結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)、外界干擾、測(cè)量誤差以及測(cè)量噪聲具有的魯棒性優(yōu)點(diǎn)。仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制策略對(duì)永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制有一定參考意義。
關(guān)鍵詞：直接轉(zhuǎn)矩控制；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)；滑模變結(jié)構(gòu)控制；滯環(huán)調(diào)節(jié)器；永磁同步電動(dòng)機(jī)
U 引言
同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制以轉(zhuǎn)矩為直接控制對(duì)象，避開(kāi)繁瑣的系統(tǒng)解耦，從而使系統(tǒng)的控制簡(jiǎn)化和明了。直接轉(zhuǎn)矩控制是在靜止定子坐標(biāo)系中計(jì)算同步電機(jī)磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并與給定的磁鏈和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行比較來(lái)確定控制量，因而轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，對(duì)外界的干擾和系統(tǒng)參數(shù)的攝動(dòng)魯路棒性強(qiáng)，但存在著較大的磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、逆變器開(kāi)關(guān)頻率不恒定、低速時(shí)系統(tǒng)難以精確控制以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)引起的高頻噪聲等問(wèn)題。本文在傳統(tǒng)直接轉(zhuǎn)矩控制的基礎(chǔ)上采用滑模變結(jié)構(gòu)控制策略，較好地解決了磁鏈和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大問(wèn)題，而且計(jì)算量小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)控制量能進(jìn)行很好地約束，并改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。
1 滑模變結(jié)構(gòu)控制器設(shè)計(jì)滑�？刂破鞯脑O(shè)計(jì)步驟一般是根據(jù)系統(tǒng)控制的要求尋找系統(tǒng)的切換函數(shù)S，然后根據(jù)滑模存在性和可達(dá)性以及滑模動(dòng)態(tài)段的趨近率和靜動(dòng)態(tài)特性要求來(lái)確定滑模變結(jié)構(gòu)控制器的輸入函數(shù)。
根據(jù)直接轉(zhuǎn)矩控制以磁鏈和轉(zhuǎn)矩作為被控對(duì)象的特點(diǎn)，本文將磁鏈和轉(zhuǎn)矩的檢測(cè)值與給定值的差值作為切換函數(shù)，即：
根據(jù)永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型可得：
其中，
考慮到系統(tǒng)滑模運(yùn)動(dòng)段的趨近率，選擇指數(shù)趨近率比較合適，因?yàn)橹笖?shù)趨近率可使系統(tǒng)在啟動(dòng)階段比較快的運(yùn)行到切換面，而快接近切換面時(shí)則速度減小，過(guò)度較平緩，以免在切換面附近磁鏈和轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的波動(dòng)。指數(shù)趨近率為：
根據(jù)式(2)有：
從而推得：
以驗(yàn)證滑模的存在性和可達(dá)性。系統(tǒng)按廣義滑�？�
由此推得系統(tǒng)滿足滑模存在性和可達(dá)性。系數(shù)ε1可以選比較小些，而K1可以選得比較大，以滿足系統(tǒng)在正常運(yùn)動(dòng)段運(yùn)行快速而在滑模運(yùn)動(dòng)段運(yùn)行較慢的特點(diǎn)，保證系統(tǒng)因快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)而在滑模切換面附近產(chǎn)生較小的抖動(dòng)。同理可選擇ε2和K2。
2抖動(dòng)減小處理
由于系統(tǒng)存在著開(kāi)關(guān)特性，即時(shí)間和空間滯后、系統(tǒng)慣性和狀態(tài)測(cè)量誤差、控制量受限等問(wèn)題，滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)實(shí)際上都是“準(zhǔn)滑模"控制，抖動(dòng)是在所難免的，只有采取措施減小抖動(dòng)。
上述的趨近率就是一種減小抖動(dòng)的方法。為了進(jìn)一步減小抖動(dòng)，將開(kāi)關(guān)控制量用如下光滑連續(xù)函數(shù)近似代替：
式中，δ>O，是一個(gè)小正數(shù)。若δ選取過(guò)小，對(duì)抖動(dòng)的減小不起明顯作用，過(guò)大則影響動(dòng)態(tài)品質(zhì)。
3 仿真研究
可以看出，采用滑模變結(jié)構(gòu)控制的電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)在4 N·m上下浮動(dòng)O．1 N·m，而采用PI控制的電機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)在4 N·m上下浮動(dòng)O．3 N·m，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)量減少66％。
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