摘要：针对传统直接转矩控制中，PI速度控制器存在的易受电机参数影响，鲁棒性差等问题，设计基于终端滑模速度控制的直接转矩控制系统，以转速误差函数为滑模面，建立终端滑模速度控制器数学模型，最后搭建仿真模型，并与基于PI的速度控制器对比，结果表明基于终端滑模的速度控制器响应快，鲁棒性强。
关键词：终端滑模控制；直接转矩控制；永磁同步电机
0.引言
滑模控制[1]（Sliding mode control，SMC）是一种自适应的非线性控制策略，具有响应速度快，对系统参数及外部扰动鲁棒性强，算法简单易于实现。文献[2]根据指数趋近律设计了一种滑模变结构控制器，提高了系统正常运行时的动静态性能。文献[3]将幂次趋近律和等速趋近律相结合设计了一种新型混合趋近律控制器，减少了系统到达滑模面的时间，提高了系统的鲁棒性。
本文提出了本文设计了基于终端滑模控制的直接转矩控制系统，提高了系统的鲁棒性和抗干扰能力。
1.模型预测控制数学模型
隐极式永磁同步电机在两相 坐标系下的定子电压方程为
2.终端滑模直接转矩控制系统
2.1终端滑模速度控制器的设计
转速调节器一般采用PI调节器。PI控制是建立在线性理论基础上的。对于非线形、强耦合、参数易变的高性能的交流调速系统来说，如参数发生变化，或呈非线性时，则 PI 调节器难以达到设计性能指标，并且PI参数的整定不一定是全局最优值。而依据滑模控制理论设计的滑模速度调节器，在保证系统的控制精度前提下，达到了提高快速性、确保系统对参数及扰动的鲁棒性的目的。
为使跟踪误差能在有限时间内收敛到零，采用终端滑模控制，使系统获得更好的性能。
电机运动方程式（4）可知：
图1 终端滑模速度控制器
基于终端滑模速度控制器的直接转矩控制系统系统控制框图见图2，输入给定转速与实际转速，通过终端滑模速度控制器，控制转速误差收敛到零，同时输出电磁转矩，加快系统的响应速度，同时保证电机能在有限时间内达到给定转速。
3.实验结果及分析
本文以永磁同步电动机搭建了基于改进MPDTC系统仿真模型。其中电动机参数为额定电压380V，额定电流2.3A，电机极对数4，定子电阻1.3 ，交直流电感1.125 。，定子磁链 为0.215Wb，仿真结果如下图所示。
（1）给定控制系统电机转速为500r/min，零负载启动，仿真对比如下图：
a）500r/min时PI和SMC速度控制器仿真对比 b）500r/min时，仿真放大图
图2 转速500r/min、负载转矩为零时DTC系统波形对比
（2）给定系统转速500r/min时，启动负载转矩为0 Nm，在0.02s时突增转矩为5 Nm：
a）基于PI控制的转速波形 b）基于SMC的转速波形
图3 转速500r/min，变负载转矩的DTC系统对比波形
如图3、4的所示，系统在500r/min，启动负载为0Nm时，滑模速度控制器较快达到稳定，且无超调。突加负载时，传统PI控制的DTC系统转速被负载转矩拉下，且不能恢复到500r/min，抗干扰能较弱，而终端滑模控制的DTC系统转速虽然最大跌落到497r/min，但是在较短时间内又马上恢复到500r/min。
4.结论
本文设计了基于终端滑模速度控制DTC系统代替传统DTC中PI速度控制器，设计了基于终端滑模速度控制的直接转矩控制系统，以转速误差函数为滑模面，选择指数趋近率，建立终端滑模速度控制器数学模型，并证明其收敛，最后通过Maltab/Simulink搭建仿真模型，并与基于PI的速度控制器对比，结果表明基于终端滑模的速度控制器响应快，鲁棒性强。
参考文献：
[1]刘昇，卢广山，徐瑜，等.基于改进型滑模观测器的PMSM无位置控制 [J].南京航空航天大学学报，2013，45（4）：474-478.
[3]WANG A，JIA X，DONG S.A New Exponential Reaching Law of Sliding Mode Control to Improve Performance of Permanent Magnet Synchronous Motor [J].IEEE Transactions on Magnetics，2013，49（5）：2409-2412.
[4]李玲瑞，许鸣珠，高旭东.基于新型混合趋近律的PMSM滑模变结构控制 [J].微特电机，2017，45（1）：67-69.
论文作者:贾竹青,陆永耕,杨鑫,程松辽,袁红杰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/17
标签：终端论文; 转矩论文; 转速论文; 控制器论文; 速度论文; 系统论文; 负载论文; 《电力设备》2018年第18期论文;