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专利号: 2020114386775
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-02-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种永磁无刷直流电机调速系统的积分终端滑模复合控制系统,其特征在于,包括:永磁无刷直流电机、速度复合控制器、扩张状态观测器I、电流复合控制器、扩张状态观测器II、脉宽调制模块,三相逆变器模块,位置传感器模块,转子区间计算模块以及速度计算模块;其中,所述速度复合控制器和电流复合控制器相连接,所述速度复合控制器和电流复合控制器均是基于积分终端滑模控制,速度复合控制器和电流复合控制器二者内部均包含扩张状态观测器,所述电流复合控制器与脉宽调制模块相连接,所述三相逆变器模块还分别与永磁无刷直流电机与转子区间计算模块相连接,所述永磁无刷直流电机与转子区间计算模块之间设置有位置传感器,所述速度计算模块与速度复合控制器相连接,永磁无刷直流电机用于接收三相逆变器的输出信号开始运行,然后反馈信号给位置传感器,速度复合控制器的输入端为速度参考值ωr,与得到的电机实际速度ω的差值,经过速度复合控制器后,用于得到电流复合控制器输入端的参考电流ir,扩张状态观测器I用于得到干扰d1(t)的估计,然后通过速度复合控制器进行扰动补偿,电流复合控制器用于将得到的参考电流ir与得到的实际电流i的差值,输入电流复合控制器后,得到脉宽调制模块的输入电压u,扩张状态观测器II用于得到干扰d2(t)的估计,然后通过电流复合控制器进行扰动补偿,脉宽调制模块用于将电压u依据调制原则输出所需的脉冲宽度调制电压,传输到三相逆变器的输入端,在转子区间计算模块的换相控制下,驱动永磁无刷直流电机运行;三相逆变器模块用于将接收到的直流电转换为交流电,位置传感器模块用于检测安装于永磁无刷直流电机上的位置传感器信号,转子区间计算模块用于得到电机转子位置所在区间,并对三相逆变器模块实施换相控制,速度计算模块用于接收位置传感器信号经过转子区间计算出的数值,经过计算得到电机实际速度ω;

所述电流复合控制器由积分终端滑模的反馈控制和基于扩张状态观测器II的前馈控制复合而成,电流复合控制器设计如下:i为电机实际输出电流,令ir为参考电流信号,则电流跟踪误差e2定义为:e2=ir‑i

对e2求导,则有:

设计积分终端滑模面为:

其中, λ2>0,sgn(*)为符号函数,λ2、a2为积分终端滑模面s2的参数;τ表示微分算子;k2表示电流复合控制器的参数,则基于积分终端滑模的电流复合控制器设计如下:其中,b=1/L,k2>0,L为定子电感;在永磁无刷直流电机的数学模型中,为了方便设计控制器,令b=1/L,表示电压系数,为电流复合控制器的输出, 为干扰d2(t)的估计。

2.根据权利要求1所述的一种永磁无刷直流电机调速系统的积分终端滑模复合控制系统,其特征在于,所述速度复合控制器是由基于积分终端滑模的反馈控制和基于扩张状态观测器I的前馈控制构成,速度复合控制器设计如下:令wr为参考速度信号,则速度跟踪误差e1定义为:

e1=wr‑w

对e1求导,则有:

设计积分终端滑模面为:

其中, λ1>0,sgn(*)为符号函数,s1表示速度复合控制器的积分终端滑模面,λ1为滑模面s1的参数,t为积分时间上限,a1为滑模面s1的参数,则基于积分终端滑模的速度复合控制器设计如下:其中,a=Kt/J, 表示转矩系数,np为磁极对数,ψf为转子磁链;J为转动惯量;

在永磁无刷直流电机的数学模型中,为了方便设计控制器,令a=Kt/J,表示电流系数,k1>

0, 表示w的导数,ir速度复合控制器输入为速度,经过控制器内部计算,输出为参考电流ir, 为干扰d1(t)的估计。

3.根据权利要求2所述的一种永磁无刷直流电机调速系统的积分终端滑模复合控制系统,其特征在于,所述扩张状态观测器I的模型如下:其中,η11是对w的估计,η12是对扰动d1(t)的估计,p1是扩张状态观测器I的参数。

4.根据权利要求3所述的一种永磁无刷直流电机调速系统的积分终端滑模复合控制系统,其特征在于,所述扩张状态观测器II的模型如下:其中,η21是i的估计,η22是扰动d2(t)的估计, 分别表示η22和η21的导数,为扩张状态观测器II的参数。

5.根据权利要求1‑4任一项所述的一种永磁无刷直流电机调速系统的积分终端滑模复合控制系统,其特征在于,所述永磁无刷直流电机的数学模型为:其中, 为转矩系数;Ke=npψf也为转矩系数;np为磁极对数,ψf为转子磁链;w,i,u分别为电机的实际转速,定子电流和定子电压;L为定子电感;R为定子电阻;B为粘滞摩擦系数;J为转动惯量;TL为负载转矩;

为了便于对永磁无刷直流电机设计控制器,将其数学模型简化成以下形式,即:其中,a=Kt/J,b=1/L,

6.根据权利要求1‑4任一项所述的一种永磁无刷直流电机调速系统的积分终端滑模复合控制系统,其特征在于,永磁无刷直流电机调速系统的积分终端滑模复合控制系统具体包括以下步骤:

1)检测位置传感器信号得到电机转子位置所在区间并对三相逆变器模块实施换相控制;

2)检测母线电流得到电流复合控制器所需的实际电流i;

3)位置传感器信号经过转子区间计算出的数值,经过速度计算模块得到电机实际速度ω;

4)速度复合控制器的输入端为速度参考值ωr与步骤3)得到的实际速度ω的差值,经过速度复合控制器后,得到电流复合控制器输入端的参考电流ir;

5)步骤4)得到的参考电流ir与步骤2)得到的实际电流i的差值,经过电流复合控制器后,得到脉宽调制模块的输入电压u;

6)电压u经过脉宽调制模块,依据调制原则输出所需的脉冲宽度调制电压,传输到三相逆变器的输入端,在转子区间计算模块的换相控制下,驱动永磁无刷直流电机运行。