永磁同步电机滑模变结构控制

鄢 文 进 （ 福建省厦门大学信息科学与技术学院 自动化 系， 福建 厦 门 ３ １０ ） ６ ０ ５
摘 要
将 滑 模 变结 构 控 制 策 略 引 入 永 磁 同步 电 机 矢 量控 制 中， 以提 高永 磁 同步 电机 矢量控 制 系统 的 响 应 速 度 ， 强 其 鲁 棒 增 性 。叙 述 了滑 模 变 结 构 的基 本 原 理 ， 出 了永磁 同 步 电动 机 滑 模 变 结 构模 型 ， 导 了滑模 变结 构控 制律 ， 分析 了抖 动 产 给 推 并
Ｋ ｙ ｒ ｓ ｐ ｒ ｎ ｎ ｇ ｅ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｔ ｒ ｅ ｔ ｒ ｃ ｎｒ ｌ ａ ｉｂｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ｓ ｄｎ ｄ ｅ ｗｏ ｄ ：ｅ ｍａ ｅ ｔｍａ ｎ ｔ ｓ ｎ ｈｏ ｏ ｓ ｍｏ ｏ ， ｃ ｏ ｏ ｔ ， ｒ ｌ ｔｕ ｔ ｒ ｌ ｉｇ ｍｏ ｅ ｖ ｏｖ ａ ｉ
Ａｂｓｒ ｃ ｔａ ｔ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ａ ｖ ｒ ｂｅ ｓｒｃｕｅ ｓｉｉｇ ｍｏ ｅ （Ｓ ） ｃ ｎｒｌｓｒｔｇ ｓ ｐｏ ｏ ｅ ｎ ｔｉ ｐ ｐ ｒｔ ｍｐ ｏ ｅ ｔｅ ｒｓ ｏ ｓ ｐ ｅ ａｉ ｌ ｔ ｔｒ ｌ ｎ ｄ ａ ｕ ｄ ＶＳ ｏ ｔ ｔ ｅ ｙ ｉ ｒｐ ｓ ｄ ｉ ｈｓ ａ ｅ ｏ ｉ ｒｖ ｈ ｅ ｐ ｎ ｅ ｓ ｅ ｄ ｏ ａ
样 周 期 为 １ － ， 始 负 载 值 为 ２ 在 Ｏ１ ０３ 初 Ｓ Ｎ， ．Ｓ时 负 载 突 变 为 ６ Ｎ， 给 定 转 速 为 １ ０ ｒｍ 。滑 模 变 结 构 控 制 其 参 数 选 择 如 下 ：１ ５ ０ｐ ｃ：
１ ０， １ ０， ３ ０ ｋ ＝３ ０ ． ． ２ ０． Ｋ ＝ ０ ０ Ｃ ０ ｋ ＝ ０ ０， ２ ０ ０， １ ５， ＝ ５， ５ ０。 ＝０

状 态 向 量被 约 束 在 开 关 面 的 领 域 内滑 动 。 系统 的
动 态 品 质 由开 关 面 的 参 数 决 定 ，与 系统 的 参 数 、
ｊ 肋
扰 动 无 关 ，具 有 很 好 的 鲁 棒 控 制 性 。适 用 于永 磁
同步 电动机 这 类被控 对 象 。
ｌ２ 一ｌ— ２ — 甜 ： ａ ｌａ ２６ ＋ ｘ ｘ
Ｆｏｒ ｅ ａ ｃ ｎｄ Ｔｏｒ ｅ Ｐｒ ｑｕ ｏｄｕ ｉ ｎ ａ Ｌｏｒ ｎｚ ｃｔｏｎ ｉ ｅ ，Ｓｌ ｌ ｓ Ｓｅ ｆ ｏｔｅｓ ｌ
１０ ４０ １ｏ ２ｏ ａ １０ ００
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【
２
在 考 虑 系统 转 速 受 限 的情 况 下 ，取 滑 模 切 换
函数 为 ： Ｓ＝ Ｃ １ Ｘ ，其 中 ｃ＞ ０为 常 数 。 令 滑 Ｘ一 ２
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永磁同步电机调速方法一、引言永磁同步电机是一种具有高效率、高功率因数和高转矩密度的电机。

它广泛应用于工业领域，例如电力系统、电动汽车、电梯等。

为了满足不同工作条件下的需求，对永磁同步电机的调速方法进行研究和优化显得尤为重要。

二、传统调速方法1. 直接转矩控制（DTC）直接转矩控制是一种常用的永磁同步电机调速方法。

它通过测量转子位置和电流来控制电机的转矩和速度。

这种方法具有响应速度快、控制精度高的特点，但存在换向过程中的转矩脉动、换向过程中的转速震荡等问题。

2. 磁场定向控制（FOC）磁场定向控制是一种基于电机模型的调速方法。

它通过控制电机的磁场方向和大小来实现对电机转矩和速度的控制。

磁场定向控制具有较好的动态性能和稳态性能，但对电机参数的准确性要求较高。

三、改进的调速方法1. 滑模变结构控制（SMC）滑模变结构控制是一种基于滑模观测器的调速方法。

它通过引入滑模观测器来估计电机转子位置和速度，从而实现对电机的控制。

滑模变结构控制具有较好的鲁棒性和抗扰性能，可以有效降低电机转矩脉动和震荡。

2. 模糊控制模糊控制是一种基于模糊逻辑推理的调速方法。

它通过建立模糊规则库来实现对电机的控制。

模糊控制具有较好的鲁棒性和适应性，可以在不确定和非线性系统中实现良好的控制效果。

3. 人工神经网络控制（ANN）人工神经网络控制是一种基于神经网络的调速方法。

它通过训练神经网络来实现对电机的控制。

人工神经网络控制具有较好的适应性和学习能力，可以实现对复杂系统的高效控制。

四、结论永磁同步电机调速方法的选择取决于具体的应用需求和控制要求。

传统的直接转矩控制和磁场定向控制具有较好的性能，但存在一定的局限性。

改进的调速方法如滑模变结构控制、模糊控制和人工神经网络控制可以进一步提高永磁同步电机的控制性能和稳定性。

在实际应用中，应根据具体情况选择合适的调速方法，并结合其他控制策略进行综合优化，以实现对永磁同步电机的精确控制。

基于滑模变结构方法的永磁同步电机控制问题研究及应用一、本文概述本文旨在探讨和研究基于滑模变结构方法的永磁同步电机（PMSM）控制问题，以及该方法在实际应用中的可行性。

滑模变结构控制作为一种非线性控制策略，因其对系统参数摄动和外部干扰的强鲁棒性，被广泛应用于各种控制系统中。

永磁同步电机作为一种高性能电机，在工业、交通、能源等领域有着广泛的应用。

因此，研究基于滑模变结构方法的永磁同步电机控制问题，不仅具有理论价值，而且具有实际意义。

本文将首先介绍永磁同步电机的基本结构和工作原理，分析其在控制过程中面临的主要问题和挑战。

然后，详细阐述滑模变结构控制的基本原理和实现方法，包括滑模面的设计、控制律的构造以及滑模运动的稳定性分析等。

接着，将滑模变结构控制方法应用于永磁同步电机的控制系统中，构建相应的控制系统模型，并进行仿真分析和实验研究。

在仿真分析和实验研究中，我们将对比传统的控制方法和基于滑模变结构方法的控制效果，评估滑模变结构控制在永磁同步电机控制系统中的性能表现。

我们还将探讨如何优化滑模变结构控制方法，以进一步提高永磁同步电机的控制精度和动态响应性能。

本文将总结滑模变结构方法在永磁同步电机控制中的应用效果和经验教训，展望未来的研究方向和应用前景。

通过本文的研究，希望能够为永磁同步电机的控制问题提供一种新的解决方案，推动永磁同步电机控制技术的发展和应用。

二、永磁同步电机及滑模变结构控制基本原理永磁同步电机（PMSM）是一种将电能转化为机械能的装置，具有高效、高功率密度和良好调速性能等优点，因此在许多领域得到广泛应用。

PMSM的控制核心在于如何精确控制其电磁转矩，以实现快速、稳定的转速和位置控制。

滑模变结构控制（Sliding Mode Control, SMC）是一种非线性控制方法，具有对参数摄动和外部干扰的强鲁棒性，因此在PMSM控制中得到了广泛关注。

滑模变结构控制的基本原理是通过设计一个滑模面，使得系统状态在滑模面上做高频小幅度运动，即所谓的“滑动模态”。

ｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｒ ｏ ｂ ｕ ｓ ｔ ｎ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ． Ｆｏ ｃ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｈｉ ｔ ｓ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ， ａ ｎ ｅ ｗ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｓ ｌ ｉ ｄ ｉ ｎ ｇ ｍｏ ｄ ｅ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ
第２ ８ 卷
第２ 期
天 津科技 大学学报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖ２０１ ３
ＨＯＵ Ｙｏ ｎ ｇ， ＺＨＡＯ Ｓｈ ａ ｎ ｓ ｈａ ｎ， Ｗ ＡＮＧ Ｙｏ ｎ ｇ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，
ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｗｉ ｔ ｈ ｎ ａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｌ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ（ Ｉ Ｓ ＭＣ） ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ Ｐ ＭＳ Ｍ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｌ ｏ ｏ ｐ ａ ｎ ｄ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｌ ｏ ｏ ｐ ． Ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｎ ｏ ｔ ｏ ｎ ｌ ｙ
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三 峡 大 学 电气 气 学 院 （ 北 宜 昌 ４ ３ ０ ） 陈 堂 贤 湖 ４０ ２
代
琴
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（ ｈｎ ｈｅ Ｇ ｒｅ Ｕ ｉ ｒｔ Ｙ ｈ ｎ ４０ ２ Ｃ ｉａ Ｃ ｅ ａｇｉ Ｄ ｉ ｉ Ｔ ｏＪ Ｌ ｕｔ Ｃ ｉａＴｒ ｏｇｓ ｎ ｅ ｉ， ｉ ａｇ４ ３ ０ ， ｈｎ ） ｈｎＴ ｎｘ ｎ ａ Ｑｎ ａ ｉ ｖ ｅａ ｅ ｖ ｓｙ ｅ ａ Ｘ ｏ
维普资讯
《 气自 化 ２ ｅ 第３卷第３ 电 动 ） ｏ年 Ｏ术
Ｕｔ ｉｅ Ｒ ｎ ｗａ ｌ ｅ ｇ ｏ ｏ ｉ ｅ ｅ ｌ ｚ ｂｅ Ｅｎ ｒ ｙ ｆ ｒＰ ｗｅ ｒＧｅｎ ａ ｉ ｎ ｅｒ ｔ ｏ
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数 和 良好 的 发 电 质量 。
关 键 词 ： 力 永 磁 同 步发 电机 风
串 级 滑模 变结 构 控 制 仿 真 和 模 拟 试 验
Ａｂｓｒ ｔ Ｗ ｉ ｄ ｐｅ ａ ｎｔｍ ａ ｎ ｔ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕｓ ｅ ｅ ａｏ ｙ ｔｍ ｖ ｔｏ ｇ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒ ｍ ｕ ｖ ｒａ ｌ ｗｉｈ ｍ ａ ｕ ｃ ｒａｎ ａ ｔｒ ｎｄ ｉｔｒ ｔａｃ ： ｎ ｒ ｎｅ ｇ ｅ ｓ ｎ ｈ ｏ ｏ ｇ ｎ ｒ ｔｒ ｓ ｓｅ ｈａ ｅ ｓｒ ｎ ｏ ｌｎ ａ ｈｉａ ｂ ｅ ｔ ｎｙ ｎ ｅ ｔｉ ｆｃｏ ｓ ａ ｄｓｕ － ｍ ｉ

素 ，Ｉ 制则 不 能 满 足 。所 以现 代 控 制 算 法 更 多 ＰＤ控 地应 用 于伺 服 系统 ， 例如 滑模变 结构 控制 、 自适 应控
１直线 永磁 同步电动机运 动力学模 型
直线永磁 同步电动机 ｄ ｑ ， 轴数学模型 ：
ｄｉ ｄ
ｄ ＝
制等。文献［ ］ ５ 采用 自适应控制 ， 降低 电机参数 可
控 制器 ， 出的结果 根 据 换相 规 律 生 成 Ｐ 得 ＷＭ 波 ， 驱 ｊ
动电 压型逆变器功率开关管的导通和关断来控制流 藩 过绕组的电流。伺服系统主要包括滑模变结构速度 篡 控制器、 三相电压型逆变器、 ３ ２ 矢量变换模块、 缝 ／ 矢
由式 （ ） ７ 可得 ， ｃ Ｏ时 ， 态 ｅ按 为 时 间常 当 ＞ 状
数 以指数 变化 并趋 近 于零 ， 状态 渐近 稳定 。
２２滑模 控制 器设 计 。
１ 示。 所
度与实际速度比 较的差值经过速度控制器得到参考 篇 参考电流和实际电流比 较的差值再经过电流 ； 譬 滑模变结构控制采用等效控 制法 ， 结构 图如 图 电流，
法 鲁棒 性较 强 ， 足 之处 是适 用 于 建 立精 确 数 学 模 不
型的控 制 系统 ， 如果伺 服控 制系 统要求 高速 度 、 精 高
‘
果表明该控制方法能有效削弱输 出速度的抖 动性 ， 对 直线永 磁 同步 电动机伺 服 系统控 制技 术研 究有 参 考 价值 。
度、 高效率并且具有参数 不确定、 高度非线性等 因
定义状态变量 ｅ 一 ， 为速度 给定值 ， 为 ＝
动 子实 际速 度值 ， 据式 （ ） 可 以得 到状 态 误 差方 根 ３，
程：
＝ 一 ｅ 一 ＋ ＋

04
CATALOGUE
滑模变结构控制的实现与仿真
滑模控制器的MATLAB/Simulink实现
控制器设计
根据滑模变结构控制原理，利用 MATLAB/Simulink进行控制器设计，
包括滑模面函数、控制律等。
控制器参数调整
根据仿真结果，调整控制器参数，优 化控制性能。
模型建立
根据被控对象模型，在Simulink中建 立相应的仿真模型。
基于模拟退火算法的滑模控制器优化
模拟退火算法是一种基于物理退火原 理的优化算法，通过模拟金属退火过 程，寻找最优解。
模拟退火算法具有全局搜索能力强、 能够处理离散和连续问题等优点，适 用于滑模变结构控制的优化问题。
在滑模控制器优化中，模拟退火算法 可以用于优化滑模面的设计、滑模控 制器的参数等，提高滑模控制器的性 能和鲁棒性。
滑模控制器稳定性的分析方法
滑模控制器稳定性的分析方法包括基于 Lyapunov函数的方法、基于Razumikhin函数的 方法等。
滑模控制器稳定性的判定准则
滑模控制器稳定性的判定准则包括Lyapunov稳 定性定理、Razumikhin稳定性定理等。
03
CATALOGUE
滑模变结构控制的优化方法
基于遗传算法的滑模控制器优化
1
遗传算法是一种基于生物进化原理的优化算法， 通过模拟基因突变、交叉和选择等过程，寻找最 优解。
2
在滑模控制器优化中，遗传算法可以用于优化滑 模面的设计、滑模控制器的参数等，提高滑模控 制器的性能和鲁棒性。
3
遗传算法具有全局搜索能力强、能够处理多变量 和非线性问题等优点，适用于滑模变结构控制的 优化问题。
案例分析
通过具体案例分析，深入了解滑模控制器在 实际应用中的优势和不足。

Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ：Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ，ｃ ｈ ａ ｏ ｔ ｉ ｃ ｂ ｅ ｈａ ｖ ｉ ｏ ｒ ｏ ｆ ｐ ｅ ｒ ｍａ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ｕｎ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｐ ａ ｒ ａ ｍ—
中图分 类号 ： Ｔ Ｈ１ ６ ５ ； Ｔ Ｇ ６ ５ ９ 文献标 识 码 ： Ａ
Ｃｈａ ｏ ｓ Ｃｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｐｅ ｒ ｍａ ｎｅ ｎｔ Ｍ ａ ｇ ｎｅ ｔ Ｓ ｙ ｎｃ ｈｒ ｏ ｎｏ ｕ ｓ Ｍ ｏ ｔ ｏｒ ｗｉ ｔ ｈ Ｐａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ Ｕｎｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｔ ｉ ｅ ｓ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ａｄ ａ ｐｔ ｉ ｖ ｅ Ｓ ｌ ｉ ｄ ｉ ｎｇ Ｍ ｏ ｄ ｅ
文章 编 号 ： １ ０ ０ １ — ２ ２ ６ ５ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ —０ ０ ５ ５— ０ ３
基 于 自适 应 滑 模 变 结 构 控 制 参 数 不确 定 永 磁 同步 电机 混沌 控 制 木
胡龙 龙 ， 杨晓辉 ， 江 智 军
（ 南 昌大 学 信 息工 程 学院 ， 南昌 ３ ３ ０ ０ ３ １ ）
ｈ ａ ｓ ａ ｇ ｏ ｏ ｄ ｄ ｙｎ ａ ｍｉ ｃ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｙ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ．
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数字孪生驱动下永磁同步电机滑模变结构一体化解耦控制数字孪生(Digital Twin)作为一种全新的技术应用，近年来在工业领域得到了广泛的关注和应用。

数字孪生技术通过建立实物设备的虚拟模型，实时获取设备的运行状态和工作数据，为设备的优化控制和故障预测提供了有效的手段。

在永磁同步电机控制领域，数字孪生技术的应用也取得了显著的成果。

本文将分析数字孪生驱动下永磁同步电机滑模变结构一体化解耦控制的方法和特点。

一、数字孪生驱动下的永磁同步电机数字孪生技术通过将物理设备与虚拟模型相结合，可以准确地获取设备的状态信息，并对设备进行模拟和分析。

在永磁同步电机领域，数字孪生技术可以通过建立电机的虚拟模型，实时获取电机的转速、转矩和电流等重要参数，从而实现对电机的精确控制和调试。

二、滑模变结构控制滑模变结构控制是一种应用广泛的控制方法，其核心思想是通过引入滑模面，使得系统能够在不同工作状态下保持稳定。

在永磁同步电机控制中，滑模变结构控制可以有效地解决电机系统的非线性、不确定性和干扰等问题，提高电机的控制精度和稳定性。

三、解耦控制策略在数字孪生驱动下，永磁同步电机控制需要考虑到电机的多个参数和子系统之间的相互关系。

为了实现电机的精确控制，需要设计一种解耦控制策略，将电机的各个子系统进行解耦并独立控制。

滑模变结构控制可以提供一种有效的解耦控制策略，通过设计合适的滑模面和控制律，实现电机系统的解耦和独立控制。

四、数字孪生驱动下永磁同步电机滑模变结构一体化控制数字孪生驱动下的永磁同步电机滑模变结构一体化控制是将数字孪生技术和滑模变结构控制相结合的一种新型控制方法。

该方法通过建立电机的数字孪生模型，并在模型中引入滑模面和控制律，实时仿真电机的工作状态，实现电机的精确控制和故障预测。

五、实验验证为了验证数字孪生驱动下永磁同步电机滑模变结构一体化解耦控制的有效性，进行了一系列实验。

实验结果显示，该方法能够提高电机系统的控制精度和稳定性，降低电机系统的能耗和故障率。

ｃ ｌ ｕ ｕ ｎ ｈ ｓｉ ｉ ｇ ｍ ｏ ｅ ａ ｉｂ ｅ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｏ ｔｏ ｔ ｅ ｒ ｒ ｍｐ ｏ ｅ ｏ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ａ ｃ ｌ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｌ ｎ － ｄ ｖ ｒ ｌ ｔ ｕ ｔ ｒ ｃ ｎ ｒ ｌ ｈ ｏ ｙ ｗｅ ｅ ｅ ｌ ｙ ｄ ｔ ｄ ｓｇ ｈ ｄ ａ
Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｉ ｒ ａ ｅ ａ ｎｅ ｙ ｈ ｏ ｕ ｏ ｏ ｔ ｕ ｔ ｒ ｎ Ｐｅ ｍ ｎ ｎｔＭ ｇ ｔＳ ｎｃ ｒ ｎｏ ｓ Ｍ ｔ ｒ
ＸＵ ｎ， Ｌ Ｏ ａ ｑ ａ ｇ， ＦＡＮＧ ａ ｘ ｎ Ｄａ Ｕ Ｈｕ ｎ ｉ ｎ Ｎｉｎ ｉ ｇ， Ｃ Ｏ ｉ ｇ ａ ｇ Ａ Ｂｎ ｇ ｎ
该复合控制器通过一个可变的加权因子a将分数阶ppd与滑模变结构控制有效协调地组合起来从而达到了既克服滑模变结构在滑动平面原点附近产生高频颤动的缺点又拓宽了相对于传统匕例一积分一微分pid控制器的调节范围使得永磁同步电机控制系统的鲁棒性快速性稳定性和抗干扰能力得以提高对于采用多种复合交叉控制方法来改善电动机控制系统具有参考意义
（ ｎ ｔ ｕ ｅｆｒＥ ｅ ｔｉ Ｖｅ ｉ ｅａ ｄ Ｓ ｓｅ Ｃ ｎ ｒ ｌ ｉａ ｉ ｔ ｎ ｉｅ ｓ ｙ Ｉ ｓｉ ｔ ｌｃｒ ｈ ｃ ｎ ｙ ｔｍ ｏ ｔｏ ，Ｘ ’ ｎＪａ ｏ ｇＵｎｖ ｒ ｉ ，Ｘｉａ １ ０ ９ ｈｎ ） ｔ ｏ ｃ ｌ ｏ ｔ ’ ｎ ７ ０ ４ ，Ｃ ｉａ
Ｐ 与 滑模 变结构控 制有 效 、 调地 组合起 来 ， 而达到 了既克服 滑模 变 结构在 滑 动平 面原 点 附 ＰＤｆ 协 从
近 产生 高频颤 动 的缺 点 ， 又拓 宽 了相 对 于传统 比例 一 分一 分 （ Ｉ 控 制 器的调 节 范 围 ， 得 永磁 积 微 Ｐ Ｄ） 使

1 2
0
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cos sin
sin i
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SVPWM产生原理
SVPWM 是空间电压矢量 PWM 波产生 ，它具有电压利用率高、低谐波成分、开 关次数少和功率管功耗小等特点。同时， SVPWM 还能很好的结合矢量控制算法 ，为矢量控制得实现提供很好的途径，以 最大限度的发挥设备的性能。因此被越来 越多的变频设备所采用。
谢谢！！！
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如果向量如图所示位置则：
V V1V 2
V V (110)T1 V (100)T2 V (000)T0
T T1 T2 T0
T1 ：V(110)状态的导通时间
T2 ：V(100)状态的导通时间 T0 ：零向量的导通时间 T ：采样周期
从一个空间电压矢量旋转到另一个矢量的过程中， 应当遵循功率器件的开关状态变化最小的原则，即 应只使一个功率器件的开关状态发生变化，这样可 以尽量减少开关损耗。在零矢量的插入上，有两种 方法处理，下图所示为在区域1中以两相调制方法 形成的SVPWM波形图。
矢量控制原理图
永磁同步电机矢量控制系统结构框图
坐标变换图 abc三相定子电流，经过claeke变换为 坐标系，在经过park变换为dq坐标
Clarke变换与逆变换
i i
2
1
3 0
1 2 3 2
1 2 3 2
ia ib ic
Park变换与逆变换
ia ibic 源自12 31 2
电压空间矢量SVPWM技术的基本原理： 电压矢量与磁链矢量的关系: 当用三相平衡的正弦电压向交 流电机供电时，电动机的定子磁链空间矢量幅值恒定，并 以恒速旋转，磁链矢量的运动轨迹形成圆形的空间旋转磁 场(磁链圆)。因此如果有一种方法，使得逆变电路能向交流 电动机提供可变频、并能保证电动机形成定子磁链圆，就 可以实现交流电动机的变频调速。

永磁同步电机滑模控制
永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）是一种高效、高精度的交流电机，广泛应用于工业控制、电动汽车、家用电器等领域。

滑模控制（Sliding Mode Control，SMC）是一种非线性控制方法，具有响应速度快、鲁棒性好等优点，适用于永磁同步电机的控制。

滑模控制的基本思想是通过设计一个滑模面，使得系统的状态在滑模面上运动时，系统的输出能够快速地收敛到期望的状态。

在永磁同步电机的控制中，滑模控制通常用于速度控制或位置控制。

永磁同步电机滑模控制的基本步骤如下：
1. 建立永磁同步电机的数学模型：包括电机的电压方程、电流方程、转矩方程等。

2. 设计滑模面：根据控制目标，选择合适的滑模面，通常选择电机的速度或位置作为滑模面。

3. 设计滑模控制器：根据滑模面的设计，选择合适的滑模控制器，使得系统的状态能够快速地收敛到滑模面上。

4. 稳定性分析：对滑模控制器进行稳定性分析，确保系统在滑模面上运动时是稳定的。

5. 系统实现：将滑模控制器应用到实际的永磁同步电机控制系统中，进行实验验证和调试。

要注意的是，永磁同步电机滑模控制是一种复杂的控制方法，需要深入了解电机的数学模型和滑模控制的理论基础。

同时，在实际应用中，还需要考虑系统的参数不确定性、干扰等因素，对滑模控制器进行适当的改进和优化。

永磁同步电机的滑模变结构控制永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）是一种高性能的电动机，具有高效率、高功率密度、高转矩密度和无需串激磁场等优点，广泛应用于工业、交通和家电等领域。

滑模变结构控制（Sliding Mode Variable Structure Control，简称VSC）是一种基于滑模面的非线性控制方法，具有系统稳定性好、对参数扰动和外部干扰具有强鲁棒性等优点。

因此，将滑模变结构控制应用于永磁同步电机的控制中，可以提高系统的性能和鲁棒性。

永磁同步电机的滑模变结构控制通过设计合适的滑模面来实现对系统的控制。

滑模面是一个动态面，当系统的状态在该面上滑动时，系统的状态就会被稳定控制在滑模面上。

滑模面的选择对控制系统的性能和鲁棒性影响很大。

传统的滑模变结构控制方法是通过设计一个线性滑模面来实现对系统的控制，但是由于永磁同步电机具有非线性特性，传统的线性滑模面设计方法不能满足对系统的控制要求。

为了解决上述问题，研究人员提出了非线性滑模面设计方法。

非线性滑模面可以通过使用非线性函数对其进行设计，以更好地适应永磁同步电机的非线性特性。

常见的非线性滑模面设计方法包括采用鲁棒控制理论中的鲁棒滑模面设计方法和使用神经网络等非线性函数逼近滑模面。

在永磁同步电机的滑模变结构控制中，还需要考虑到系统的不确定性和外部扰动。

为了增强系统的鲁棒性，可以在滑模变结构控制中引入自适应控制策略。

自适应控制策略可以根据系统的状态和扰动的大小及方向来调整滑模面的形状和参数，从而提高系统的鲁棒性和适应性。

除了滑模变结构控制，还可以结合其他控制方法来进一步提高永磁同步电机的控制性能。

例如，模糊控制、PID控制和最优控制等方法可以与滑模变结构控制相结合，形成混合控制策略。

混合控制策略可以综合利用各种控制方法的优点，同时克服各种方法的局限性，提高系统的性能和鲁棒性。

总结来说，永磁同步电机的滑模变结构控制是一种高效稳定的控制方法，可以克服永磁同步电机的非线性特性和扰动的影响，提高系统的性能和鲁棒性。

步骤一：确定状态变量（分为单输入系统和多输入系统）以及状态变量之间的关系比如永磁同步电机速度滑模变结构控制：状态变量为：状态变量之间的关系（可以通过电机的电压，磁链，转矩和运动学方程推导）比如确定如上x1,x2以及系统的关系，可根据如下方程（其中有错误注意）：得到状态关系方程（其中a为常数与电机参数有关）：永磁同步电机位置滑模变结构控制：状态变量为：步骤二：确定滑动面方程（切换函数S）必须确保滑动模态在S = 0时t趋近于无穷大是稳定的。

（根据实际情况确保品质参数），其表达式如下：这种切换函数下得到的响应是过阻尼响应，理论上是不存在超调量的。

对于多输入系统，其切换函数为：步骤三：方法一：确定趋近率函数（切换函数的微分S’），并确定滑模变结构控制的输出量即控制率函数Ux(Ux)。

另外，需要由电机方程指定该控制率函数和电机系统变量的关系（实际需要决定）（比如：速度滑模变结构的输出肯定是与电机电流iq是有关系的，从而便于下一步的电流逆变器的控制）。

常见的趋近率函数为：其他特殊的更常用的趋近律如下：如此可确定控制率函数的表达式。

（本质上控制率函数是用来去除系统参数变化和外部扰动对系统的影响。

）该方法的缺点是：由于系统在滑动面上对参数及系统外部扰动的抗干扰性很强。

而在滑动面外（趋近运动），控制率函数在起作用，而控制率函数是与系统参数有关的。

所以收到系统参数的影响。

为了能够实现系统一直具有很高的鲁棒性，可以使系统设置从初始时刻就处于滑动面上，见方法二（全局滑模变结构控制）。

方法二：合适选择切换函数并先确定控制率函数Ux。

（由于系统一直处于滑动面上，所以无需选择趋近率函数）比如PMSM的速度滑模变结构控制：上述条件一满足了在初始时刻系统就处于滑动面上。

常见的控制率函数选择（提高抗扰性的）：在本例中为了保证系统一直处于滑动面上，需选择如下函数：其中Ueq是用来使在任何时间t，系统均处于滑动面上的，计算方法如上。

Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｍａ ｔ ｉ ｒ ｘ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｔｅ ｒ ｒ ； ＤＴＣ； Ｐ ＭＳ Ｍ； ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｒ ｔ ｏ ｌ
前言
高性能永磁同步电动机驱动控制主要采用交直交 供 电方式 ，控制策略以矢量变换控制为主 。而直接转 矩控制与矢量控制相 比， 具有控制简单 ，对电机参数 变化 鲁棒 性好 等优 点 。 采用 矩阵 变换器 驱 动交 流 电机 ， 不仅可以满足 日 益严格的电网电能质量的要求 ，降低 谐波污染 ，而且可 以实现能量的双向流动 ，获得单位 功率因 ， 。 变结构控制具有结构简单 、响应快速、对 系统的
［ 摘 要］ 本 文提出了一种新的趋近率用于永磁 同步 电机 的变结构直接 转矩控制 。该趋近率按 指数 和加 速度
两种速率趋 向滑模 面 ，解决 了滑模控制 中的高频抖振 问题 ，并提高 了趋 近速度 ，并建立 了矩 阵变换器供 电的
永磁同步 电机变结构直接转矩控制系统。利用 双空 间矢 量调 制策略获得了较小 的转矩脉动和恒定 的开关频率 ， 同时保持 了传统直接转矩控制优 良的动静态性能 。
３ ４
矩 阵变换器驱动永磁 同步电机滑模变结构直接转矩控制
矩 阵变换 器 驱 动 永磁 同步 电机 滑模变结构直接转 矩控 制
尚重 阳 ，普清 民 （ １ ．西安航空学院电气工程 系，西安 ７ １ ０ ０ ７ ７ ； ２ ．中山职 业技 术 学院 电子 工程 系， 广 东 中山 ５ ２ ８ ４ ０ ４）
ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ， ｎｄ ａ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｇ ｏ ｏ ｄ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｅ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｅ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｔ ｏ ｒ ｑ ｕ ｅ ｃ ｏ ｎ ｒｏ ｔ １ ．

第1章绪论滑模变结构控制简介变结构控制（VSC: Variable Structure Control）本质上是一类特殊的非线性控制，其非线性表现为控制的不持续性，这种控制策略与其它控制的不同的地方在于系统的“结构”并非固定，而是能够在动态进程中，按照系统当前的状态（如误差及其各阶导数等），有目的地不断转变，迫使系统依照预定“滑动模态”的状态轨迹运动，所以又常称变结构控制为滑动模态控制（SMC: Sliding Mode Control），即滑模变结构控制。

由于滑动模态能够进行设计且与对象参数及扰动无关，这就使得变结构控制具有快速响应、对参数转变及扰动不灵敏、无需系统在线辩识，物理实现简单等长处。

该方式的缺点在于当状态轨迹抵达滑模面后，难于严格地沿着滑面向着平衡点滑动，而是在滑模面双侧来回穿越，从而产生哆嗦。

变结构控制出现于50年代，经历了40余年的进展，已形成了一个相对独立的研究分支，成为自动控制系统的一种一般的设计方式，适用于线性与非线性系统、持续与离散系统、肯定性与不肯定性系统、集中参数与散布参数系统、集中控制与分散控制等。

而且在实际工程中逐渐取得推行应用，如电机与电力系统控制、机械人控制、飞机控制、卫星姿态控制等等。

这种控制方式通过控制量的切换使系统状态沿着滑模面滑动，使系统在受到参数摄动和外干扰的时候具有不变性，正是这种特性使得变结构控制方式受到各国学者的重视。

变结构控制进展历史变结构控制的进展进程大致可分为三个阶段：（1）1957-1962年此阶段为研究的低级阶段。

前苏联的学者Utkin和Emelyanov在五十年代提出了变结构控制的概念，大体研究对象为二阶线性系统。

（2）1962-1970年六十年代，学者开始针对高阶线性系统进行研究，但仍然限于单输入单输出系统。

主要讨论了高阶线性系统在线性切换函数下控制受限与不受限及二次型切换函数的情形。

（3）1970年以后在线性空间上研究线性系统的变结构控制。