基于模糊滑模變結(jié)構(gòu)的pmsm矢量控制的仿真研究

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1、基于模糊滑模變結(jié)構(gòu)的PMSM矢量控制的仿真研究摘要：為了解決傳統(tǒng)的PMSM矢量控制系統(tǒng)針對外界攝動和干擾，穩(wěn)定性不好，魯棒性差的問題，本文提出了一種基于模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制的PMSM矢量控制系統(tǒng)，以模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制方式來設(shè)計轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，并在simulink下進行了相關(guān)仿真。仿真表明，此種方式設(shè)計的PMSM矢景控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)的矢景控制系統(tǒng)在外界擾動下，其動態(tài)響應(yīng)更快，魯棒性更強。關(guān)鍵詞：模糊滑模變結(jié)構(gòu)；矢量控制；魯棒性1引言隨著現(xiàn)代永磁材料的出現(xiàn)，永磁電機的效率得到很大的提高。高效率的永磁同步電機相對傳統(tǒng)的異步電機

2、有著明顯的優(yōu)勢，永磁同步電機已經(jīng)在許多領(lǐng)域取逐漸取代了異步電機作為主要的傳動裝置。矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制相比，轉(zhuǎn)子磁鏈可以閉環(huán)控制，也可以開環(huán)控制，轉(zhuǎn)矩控制是連續(xù)的且比較平滑，調(diào)速范圍比較寬適用的范寬。矢量控制方法的思想是通過變換方式得到直流電機的數(shù)學(xué)模型,再通過反變換的方式得到三相坐標(biāo)系中的相關(guān)量，以實施控制。當(dāng)前的矢量控制系統(tǒng)大都采用傳統(tǒng)的PID控制作為其速度控制器，雖然其算法相對較為簡單，且較為容易實現(xiàn)能獲得較好的靜態(tài)特性。但在實際應(yīng)用過程中，由于系統(tǒng)模型建立困難、系統(tǒng)參數(shù)隨環(huán)境條件的改變而改變、外界負(fù)載擾

3、動的變化性的存在，導(dǎo)致系統(tǒng)的快速性、抗擾性以及參數(shù)改變的魯棒性都并不十分理想。本文針對原有系統(tǒng)的不足，使用滑模變結(jié)構(gòu)控制作為矢量控制的速度控制器，與傳統(tǒng)的控制方式相結(jié)合。［1］并對電壓空間矢量產(chǎn)生的原理進行了相關(guān)的分析，在simulink中搭建仿真模型。通過simulink中的仿真結(jié)果顯示，可以看出使用滑模變結(jié)構(gòu)控制和傳統(tǒng)控制相結(jié)合的控制方式，可以使是系統(tǒng)快速性良好、超調(diào)量較小、魯棒性和抗干擾能力較強的特點［2］。2PMSM的狀態(tài)方程忽略不影響矢量控制的一些次要因素的前提K,PMSM在經(jīng)過CLARK和PARK變換

4、后，可以得到dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型：式1為永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型，式1中Lq，Ld為交直軸中的電感且兩者相等，R為定子繞組的相電阻的值，P為永磁電機的磁極對數(shù)，W為轉(zhuǎn)子的角速度，ud、uq為定子d、q軸的電壓，id、iq為定子d、q軸的電流，4>f為PMSM的永磁磁通，J、F分別為永磁電機轉(zhuǎn)動慣量和粘滯摩擦系數(shù)。［3］最大轉(zhuǎn)矩/電流控制控制、最大輸出功率控制以及id^O的控制均可作為PMSM的控制方式。本文使用id=0的控制方式，得到永磁同步電機的解耦狀態(tài)方程：2磁鏈跟蹤控制的實現(xiàn)磁鏈跟蹤控制模塊的作用是使電機產(chǎn)

5、生恒定的磁鏈幅值，通過改變變頻器逆變部分的幵關(guān)狀態(tài)，通過組合得到有效矢量，通過極限的思想來逼近圓形如圖1所示，產(chǎn)生三相互差2/3h的近似止弦波的電壓驅(qū)動PMSM?；妷嚎臻g矢量分布如圖2所示。磁鏈跟蹤模塊根據(jù)交直軸的電壓選擇，施加對應(yīng)的電壓空間矢量，由此計算六個基礎(chǔ)空間電壓矢量和兩個零矢量的作用時間，產(chǎn)生控制逆變器的脈沖信號。根據(jù)圖2所示6個扇區(qū)同ua、u3之間的關(guān)系，確定所需的電壓空間矢量所處的扇區(qū)位置。［4］記x=ua，Y=U0，當(dāng)Y<O時,取A=0;當(dāng)sqrt(3)X<Y，取B=0;當(dāng)-sqrt

6、(3)X<Y吋00;其余條件下A、B、C均為1。取Z=A+2B+4C，得到Z值與各扇區(qū)見的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。2基于滑模變結(jié)構(gòu)的PMSM矢量控制3.1矢量控制矢量控制系統(tǒng)如圖(3)所示，通過電流傳感器檢測出ia、ib和ic，通過CLACK和PARK變換得到q軸和d軸上的等效電流id和iq,作為內(nèi)環(huán)的反饋。外環(huán)通過傳感器檢測的轉(zhuǎn)子實際轉(zhuǎn)速值。負(fù)反饋環(huán)節(jié)將轉(zhuǎn)速的給定值和反饋的轉(zhuǎn)速的差值送入ASR，控制輸出轉(zhuǎn)矩大小的電流iq*o再將iq*和給定id*和內(nèi)環(huán)反饋的差值作用于q軸和d軸電流PI控制器中輸出Vq和Vd，

7、最后通過逆變換的到Va、Vb、Vc。結(jié)合磁鏈跟蹤控制模塊計算選擇得出相應(yīng)的開關(guān)電壓矢量。進而控制PMSM的轉(zhuǎn)速。3.2模糊滑模變結(jié)構(gòu)控制的設(shè)計變結(jié)構(gòu)控制是一種切換反饋控制，滑動變結(jié)構(gòu)控制是變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的一種控制策略，該控制與傳統(tǒng)的控制策略的區(qū)別在于其控制的不連續(xù)性，即系統(tǒng)隨時間變化的開關(guān)特性。［6］該控制可以是系統(tǒng)在滿足一定條件下，沿規(guī)定的狀態(tài)做上下運動，即所謂的滑動模態(tài)。該滑動狀態(tài)可以自行設(shè)計，且與系統(tǒng)的參數(shù)攝動與擾動關(guān)系不大，使得滑動變結(jié)構(gòu)控制具有較好的魯棒性。3.2.1滑模變結(jié)構(gòu)控制轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的的設(shè)計令狀態(tài)變

8、量，表示速度的誤差值，作為速度調(diào)節(jié)器的輸入，交軸電流iq^u作為輸出，依據(jù)id*#控制條件下的PMSM的解耦方程式(2)，可得相空間上的數(shù)學(xué)模型如式4所示。將是式2代入式4可以得到式5。令，的PMSM的狀態(tài)空間表達式如式6所示：切換函數(shù)選取有線性函數(shù)和二次型函數(shù)兩種形式，這里選擇線性切換函數(shù),其函數(shù)如式7所示?？刂坡什捎靡缘刃Э刂茷榛A(chǔ)的形式如式9所示。ueq為等效控制，