基于模糊滑模变结构的pmsm矢量控制的仿真研究

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1、基于模糊滑模变结构的PMSM矢量控制的仿真研究摘要：为了解决传统的PMSM矢量控制系统针对外界摄动和干扰，稳定性不好，鲁棒性差的问题，本文提出了一种基于模糊滑模变结构控制的PMSM矢量控制系统，以模糊滑模变结构控制方式来设计转速调节器，并在simulink下进行了相关仿真。仿真表明，此种方式设计的PMSM矢景控制系统比传统的矢景控制系统在外界扰动下，其动态响应更快，鲁棒性更强。关键词：模糊滑模变结构；矢量控制；鲁棒性1引言随着现代永磁材料的出现，永磁电机的效率得到很大的提高。高效率的永磁同步电机相对传统的异步电机

2、有着明显的优势，永磁同步电机已经在许多领域取逐渐取代了异步电机作为主要的传动装置。矢量控制与直接转矩控制相比，转子磁链可以闭环控制，也可以开环控制，转矩控制是连续的且比较平滑，调速范围比较宽适用的范宽。矢量控制方法的思想是通过变换方式得到直流电机的数学模型,再通过反变换的方式得到三相坐标系中的相关量，以实施控制。当前的矢量控制系统大都采用传统的PID控制作为其速度控制器，虽然其算法相对较为简单，且较为容易实现能获得较好的静态特性。但在实际应用过程中，由于系统模型建立困难、系统参数随环境条件的改变而改变、外界负载扰

3、动的变化性的存在，导致系统的快速性、抗扰性以及参数改变的鲁棒性都并不十分理想。本文针对原有系统的不足，使用滑模变结构控制作为矢量控制的速度控制器，与传统的控制方式相结合。［1］并对电压空间矢量产生的原理进行了相关的分析，在simulink中搭建仿真模型。通过simulink中的仿真结果显示，可以看出使用滑模变结构控制和传统控制相结合的控制方式，可以使是系统快速性良好、超调量较小、鲁棒性和抗干扰能力较强的特点［2］。2PMSM的状态方程忽略不影响矢量控制的一些次要因素的前提K,PMSM在经过CLARK和PARK变换

4、后，可以得到dq坐标系下的数学模型：式1为永磁同步电机的数学模型，式1中Lq，Ld为交直轴中的电感且两者相等，R为定子绕组的相电阻的值，P为永磁电机的磁极对数，W为转子的角速度，ud、uq为定子d、q轴的电压，id、iq为定子d、q轴的电流，4>f为PMSM的永磁磁通，J、F分别为永磁电机转动惯量和粘滞摩擦系数。［3］最大转矩/电流控制控制、最大输出功率控制以及id^O的控制均可作为PMSM的控制方式。本文使用id=0的控制方式，得到永磁同步电机的解耦状态方程：2磁链跟踪控制的实现磁链跟踪控制模块的作用是使电机产

5、生恒定的磁链幅值，通过改变变频器逆变部分的幵关状态，通过组合得到有效矢量，通过极限的思想来逼近圆形如图1所示，产生三相互差2/3h的近似止弦波的电压驱动PMSM。基电压空间矢量分布如图2所示。磁链跟踪模块根据交直轴的电压选择，施加对应的电压空间矢量，由此计算六个基础空间电压矢量和两个零矢量的作用时间，产生控制逆变器的脉冲信号。根据图2所示6个扇区同ua、u3之间的关系，确定所需的电压空间矢量所处的扇区位置。［4］记x=ua，Y=U0，当Y<O时,取A=0;当sqrt(3)X<Y，取B=0;当-sqrt

6、(3)X<Y吋00;其余条件下A、B、C均为1。取Z=A+2B+4C，得到Z值与各扇区见的对应关系如表1所示。2基于滑模变结构的PMSM矢量控制3.1矢量控制矢量控制系统如图(3)所示，通过电流传感器检测出ia、ib和ic，通过CLACK和PARK变换得到q轴和d轴上的等效电流id和iq,作为内环的反馈。外环通过传感器检测的转子实际转速值。负反馈环节将转速的给定值和反馈的转速的差值送入ASR，控制输出转矩大小的电流iq*o再将iq*和给定id*和内环反馈的差值作用于q轴和d轴电流PI控制器中输出Vq和Vd，

7、最后通过逆变换的到Va、Vb、Vc。结合磁链跟踪控制模块计算选择得出相应的开关电压矢量。进而控制PMSM的转速。3.2模糊滑模变结构控制的设计变结构控制是一种切换反馈控制，滑动变结构控制是变结构系统的一种控制策略，该控制与传统的控制策略的区别在于其控制的不连续性，即系统随时间变化的开关特性。［6］该控制可以是系统在满足一定条件下，沿规定的状态做上下运动，即所谓的滑动模态。该滑动状态可以自行设计，且与系统的参数摄动与扰动关系不大，使得滑动变结构控制具有较好的鲁棒性。3.2.1滑模变结构控制转速调节器的的设计令状态变

8、量，表示速度的误差值，作为速度调节器的输入，交轴电流iq^u作为输出，依据id*#控制条件下的PMSM的解耦方程式(2)，可得相空间上的数学模型如式4所示。将是式2代入式4可以得到式5。令，的PMSM的状态空间表达式如式6所示：切换函数选取有线性函数和二次型函数两种形式，这里选择线性切换函数,其函数如式7所示。控制率采用以等效控制为基础的形式如式9所示。ueq为等效控制，