基于反步控制的PMSM转速跟踪研究.pdf

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1、ELECTRICDRIVE2013Vo1．43No．6电气传动2013年第43卷第6期基于反步控制的PMSM转速跟踪研究范仁凯，胡勤丰(南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016)摘要：针对永磁同步电机(PMSM)数学模型中的非线性耦合，采用反步设计方法设计一个非线性控制器。该控制器能使伺服系统的转速、电流能够完全跟踪给定而不受非线性因素的影响。然后。利用Lyapunov稳定性理论和Barbalat引理证明了反步控制器的稳定性。最后，根据所设计的控制器搭建实验平台，实验结果显示伺服系统的转速和电流具有很好的跟踪性能和抗干扰性能。关键词：非线性控制；反步控制；永磁同步电机；速度跟踪；

2、伺服中图分类号：TM35l文献标识码：AResearchonSpeedTrackingofPMSMBasedonBacksteppingControlFANRen—kai，HUQin—feng(CollegeofAutomation，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，Jiangsu，China)Abstract：Pointingatthenonlinearitiescouplingofpermanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)mathmodel，anonlinearcon

3、trollerusingbacksteppingdesignmethodwasdesigned．ThecontrollercouldmaketheelTOFSofspeedandcurrenttendtozerowithoutthenegativeefectsofnonlinearities．Then，testifiedthestabilityofthecontrollerbyLyapunovstabilitytheoryandBarbalatlemma．Finally，builtanexperimentplatformandtheresultsindicatethatthespeeda

4、ndcurrentcouldtrackthesetpointverywellandhavestrongabilitytorestrainperturbations．Keywords：nonlinearcontrol；backsteppingcontrol；permanentmagnetsynchronousmotor(PMSM)；speedtracking；servo1引言2永磁同步电机的数学模型永磁同步电机由于转矩密度高、转动惯量表贴式永磁同步电机的由数学模型：小、效率高等优点而广泛应用于伺服场合。但号手+是永磁同步电机是一个变参数、强耦合的非线性系统。因此常规的PID控制通常不能满足

5、伺=一争-p一盥+1(1)服场合的高性能要求[1-3]。针对此问题，相关学一者提出滑模变结构⋯、自适应[5]、模糊[61等具有争岬+}“非线性特征的控制器使系统不但能满足性能要式中：，分别为定子d，q电压；，分别为定子求，还能对系统参数具有一定的自适应能力。d，g电流；为定子电阻；为定子电感；为转子但是以上非线性控制方法的理论复杂、实现困机械角速度；为永磁磁链；为负载转矩；p为难，从而限制了其在实际场合的应用。极对数；．，为转子转动惯量；为粘滞摩擦系数。本文结合永磁同步电机数学模型的结构特3反步控制器的设计点和非线性因素，采用反步设计方法[7-8]设计一个非线性控制器，该控制器理论清晰、

6、结构简3．1反步控制器设计步骤单、易于实现，实验结果表明该控制器性能突1)将非线性系统的数学模型转化成状态方程：出，具有很好的推广价值。2)选择子系统，定义状态的误差并将子系作者简介：范仁凯(1988一)，男，硕士研究生，Email：frk91l@nuaa．edu．cn3电气传动2013年第43卷第6期范仁凯，等：基于反步控制的PMSM转速跟踪研究统状态方程转换成误差的状态方程。选取合适此时V2=一k1e—k2e；；的输入构造李雅普诺夫函数使子系统稳定：3)以为输入，i：=O为状态给定，根据式3)选择子系统，将前一子系统的输入作为(1)构建子系统为该子系统的状态给定，定义状态的误差并将子

7、系d=一争+p+1：(8)统状态方程转换成误差的状态方程，选取合适的输入构造李雅普诺夫函数使子系统稳定：定义d轴电流误差e，=一i，求导并代人式(8)4)重复步骤2)，3)，直到反推出整个系统的可得：输入：3=d_P矗一1M：(9)5)稳定性证明。取V3=V2+1_e；，贝0矿3=一k1e一2e；+e33，3．2反步控制器设计过程1)以i；为输入，∞：为状态给定，根据式(1)令e3=一k3e3k3>0构建子系统为带人式(9)得子系统