基于滑模控制的无刷直流电动机直接转矩控制.docx

基于滑模控制的无刷直流电动机直接转矩控制作者：孙会琴，韩佳炜，崔晨，淮朝磊来源：河北工业科技2020年第Ol期摘要：为了降低无刷直流电动机的转矩冰动增强运行稳定性和控制精准度.提出了一种基于滑模控制的无刷宜温电动机直接转矩控制方法,基于无科直流电动机的教学慎型采用超扭曲算法(SUPeiWiSIing)的滑煤控制器代替原有的转矩、粒链滞环比较器分析了滑模控制器的稳定性.设计了磁链、转矩观测模型；利用空间矢量调制技术代替原有的开关表.实现了对控制系统开关频率的优化；仿出分析了改进前后两种方法的电动机输出特性.结果表明：采用滑模变结构控制提高了控制精准度有效地抑制了无利直流电动机的转矩豚动滑慢控制器的稳定性良好,开关频率恒定.逆变器的逋断可控性殍到改善.改进后的控制方法可以提高无利克流电动机的系统性能使电动机运行具有更好的鲁棒性和稳定性Q关键词：也机学：无刷直流电动机；直接转短控制：滑慢控制：转矩脉动中图分类号：TM33文献标识码：Adoi：10.7535hl>gykj.2020yx01008Directlorquecontrolmethodofbrushless1)('motorbasedonslidingmodecontrolSUNHuiqiiuHNJiHWeiCUlChenHUIChaolei(SchoolofEI<cn<Engn<<rng.HImil*nivcr>:tyofScn<<n<i<<hnol<>gy.ShijiHzhuang.H<l't05001X.(,htDM)Abstract:Inor<hrtod<thtor<tHn>j>l<ofhl>hlM'motor,.uinl1n<1h<rnnnnstabilityaul<x)ntn»lh<<,uracy.m<lir<,t><controlrnctlxxlf>rbru5hl<×IX'motorIkamiI<>：>、:MmXrn<xl<CoTnro1：、>j>M<l.Mdth<rnah<alkmI<IIms<<Ibrushh'ssIX.'motorisQMHblkhcdThrSriginaltorqu<-andfhxhy>f<r*>CUmPm<)>nla<t<lbyMp<r-twistingslidingIlMKkconIrollers.Th<stH)lilyoftheslwlingn<><lt*rc>nt>lh1、ana!<l.an<lth<fluxlnkag<-aritorque0liMnv1tx>n><hlaclrsgt)(d.1h<originalswitchtableisplacwlby>mc<n<tormodulationthn><-tooptimiz<*th<>witchingf%ucncyofhccontrolsystotn.ThemotoroutputrharachnHt<>4ofthetwof*trwkIwfon-arxlaft<rlh()VfwntKnanaIy八dbysinmlntion.)analysissultsshowthat：slidingrn<lt,variableStnictnrr<,<>nl>larhrnp>v<xlco:Itrolacnracy.Ih<inipnivtdcont>lm<th(xlcan(*ff(xtiv(%lysuppressthetorq'ripplrofth<*b<hssX'rn<>tor.Sl(bngm×J<conthhag<xxith<*swtchngfnxpM-ncy”<onstHt<th<on/offCUntrollabilityofthrinvttisg<xlarwithimprovedcontlth(acivanctxlIhIX">t<systemalnhty.Motor<rratonhasbetterrobustn(ssan<lstability.Keywords：('l('(tro),<hanus；l>shl<<s【X、motor；<ivttorquecontrol：slidingnh'contmi；*%upp'sstorque收，H期：2019。523：修MH期：2。19D9-23：玄任编朝：陈书欣基金瞋目？河北省科技厅密点研发计划项fchl92M501D)第一作者商介，孙会¥(1舒3一)女河北石家庄人教授士,主要从事电机及其控制技术等方面的研究.EIndih38335537。孙会琴.韩佳玲，崔R.等,基于清粳控制的无刷直溢电受机直接找矩”超口二河北T业科技，2。20.37(1)：4>47.SUNHuiqin.HNJiawriCL1Chrnral.DirectRoEUUcontroltrthdofbrush!一、LX.'trb<<cd0Tidingmodevrl.lj.HebeiJournalofIndustrialScirntrandTechnology202l37(1)：4f47.无刷直流电动机（BLIXM）具右可与性痛、可挖性强、效率高等优野广泛用于伺斐系统,航空、弱动汽车、医疗设备和智能家电等短域"L无制直瘫电动机运转时找班脉动较大.降诋电力传动系饶的控制特性和驱动系统的可靠性并带来振动、噪音、谐振等问题卬.文献口详细论述r转矩脉动产生的各种原因.如电流换向j稽效应等.匕直接转矩控制技术DTCJif算电机的磁性、转矩和给建值的差值,利用电位矢t来达到前驻和转加直接控制的目的，具右动态性能好,运算速度快、有效降低找亚脓动等优点文纸】口提出无窿法观谶罪的直接转而控制方法.以减小异班脓动.系统简单但.疏贷大小和电动机转速fl-定关系，导致实际拧制结果与理论分析存在俣革.文帧6二采用r基于零电压矢M.的DTC爽相技术，减小转矩林动,文他7:提出模幅自适应直接转矩控制技术右效抻制转矩脉动,加快响应速度，但是低速运彳I时转矩林动依旧明显.文蛾二8二将基于不次趋近律滑膜现网赛应用到无引直流电动机控制系统中,实现rj电动机反电动外的双浏，达到无（V置传随器的H的.文献9通过滑段逵度控制器和滑校观泄器来构造传洸无刷克流电动机控制系统中的速度环控制.这柠改进相较于传诜Pl控制h所改进但.并未右效解决找班脓动及开关板车不稔定的问超.文献口0:根出r冲直接转地控制系统的济模疏徒和找速现M器的设计方法,该观测器可极供精准的磁挂和转矩估计值，对电动机参数变化和负载扰动有较强的鲁棒性.但仍未解决电流，转好的脓动向笆,为r改善传统DTC捽制方法存在的诃题.提出r-种基于消梗按刈的转近、的链控冽器，改进r传统的OTC控制方法.使猫出转班粒定.并维持送变器开关林率的恒定，通过Simulink仿真验证挣制方法的有效性和优越性.I无刷直流电动机的数学模型传的无刷直流电动机平动电路如图1所示,T1-T,.为功率导通器件D1一件为续流二锻管.控制系统里动机为单出性每个茶尔传然器依次相差120°,定子相晓组采用星形连接.为便于研究,忽珞涡流投耗与疏滞损诧口不考虑电抠反应，BLDCM的数学模型如式（1）所小.图1无刷口谑电机的郭动电珞FiE.1Drivecircuitfbru5hks5X?motor式中：-，,为T相定/电长；H.<,f<为三相绕组电Sh八，一L为二相定广电流”为微分算f.p-ddr：L.LA.L为相境组自感L",L",L»d”人为相绕级间的互感心oV为一：相绕组中定广电力.电舔转矩”算加式（2所不匹二：兀=（心匕十%（2）式中M为转子角速度.电动机的运动学方程如式（3所不，&.Tr-T;-J-一一Jw,（3）df式中：丁,为电动机电或转拉：T,为黄毂转里J为找f转动*巾”为81归系数.I尢即百流电动机在定广礁或坐标系Gq坐标系下的数学模型C如下，二一二!一QZ+s,L.io（4）d7-上1%-®I-RiQ,（5）其中：式中：心小分别为小q坐标卜电机定f电乐的分hb%,%分别为dq坐标卜电机定f电流的分IihW为定磁盘矢小：曲为转f永豉体磁链解值；A为电机极对故为定广明:链与抬子磁链的支用,ot（-2.2）：/_为每相绕殂等效电柩.由式（4和式，5）可知.在dg坐标系Fs与疏吩幅值呈正比.必与转率变化呈正比.2基于滑模控制的直接转矩控制方法基于济模捽制的直接找矩控利在传统DTC方法的基础上将原色的吊环比较器皆奏为滂项拎利处定广运思就依亚2个控制器.总体实现控制枢图器，用空间矢取两M技冬代替康芍的开关衣依H保额氏2次外.2基于清飞叉姑构控弱妁DTCtJW3Fig.2BkjCkU:dgri!DTCmp-krscUie3LSKCu>：Xhraudc%rab!estructurertrjS,7sn<S,>=J.八=儿 Sgn（S.）di.1 1说一£ " F，2二为实现无刷红流电动机直接转班控粉其法的比化,针<JBLDCMSii基于越里曲柳Kr-swifting)算法的磁吴、转更滑模控制器，设itrs经、转矩观阳段卡以及破毁给定方法并设讣空间矢肚网制环节.进而实现直接找矩控制、滑模拧制利交间矢Nt调制技术的结合可以R异正可三注三，：甘华而有效的控制.2.J滑模变结构转矩、进性控制器设计设计滑模控制器先确定切换函数一然后!据济校可达性、引罅枣朽性的4要用适当的已近律设计出理想的滑校控制器i终得到t利率印金落构拓出U"L本文所法计的清模控制茸法珞电司机的转矩和定上建法场值包含其中殍到段良至DIC控制算法结构简单稳定.根据基于SUPcr7Wisticg算法的二阶君璧排制基本除理LR,可列出该算法的般形式：Jj.-Jy入Ix.sn<x)一？十，,<7>ox?H-QSgn(4)-p?式中：M7z为状态变量：入。为正的畜数:pG为扰动.设ii转矩和滋健捽制器时利模切接W数定义为式(8：大中，为定干色健的幅值给定：丁；HS>定：W:为实际反设的定广班进门:为实味反货的转矩.转矩和破链控制器设计为式(9式%;=K,s.rg<s>+-9Ksgn<S>>dr-：<9)k；=KISTrgn(S一十Kjsgn(S7Jdz8必式中：K.K,KK,为控制器溶互(本系统的K.一心.取道，*/<,一/</取值】).2取值12,均为正的宗数.22按猊镂和定性分析将切妄陷皎灯时间求导可得，-÷二一AS.谢)+<1/儿sgn<S,dr÷Rij(10)2二-HSrn<S7)÷n(S)d-R;J令.一靛5一M八为订明系统的稳定性选我至甘苦诺文函数为1=4"：+p：%.<11)其中：Srl"sg(SJ'匕fg(S)也4八一心如由于运1S.dtAS9sgn<S,j-k<n(S>dr