摘要：20世纪中后期，随着汽车工业的快速发展以及世界范围内汽车保有量的快速增加，石油和煤炭资源的消耗不仅使人类面临严峻的能源紧缺问题，同时也导致了生态环境的恶化以及雾霾污染的日益严重。而电动汽车作为一种绿色环保、节约能源同时又高效率的交通工具，逐渐走进了人们的视野，同时成为未来汽车的发展方向[1-4]。
关键词：五相永磁；电机；控制研究
一、国内外研究进展
滑模控制(sliding mode control， SMC)是由前苏联学者S. V. Emelyanov于上世纪50年代首先提出的，在20世纪七十年代由V. I. Utkin等学者不断发展之后，现已成为控制领域一个重要的研究分支，并在电机驱动领域获得了广泛应用[50][51]。
与传统非线性控制方法不同，SMC是一种不连续性的非线性控制方法，即它的结构不是确定不变的，而是在系统动态的过程中，按照当前的系统状态有指向性地实时作出改变，从而驱动状态轨迹朝着事先设定好的“滑动模态”运动。该滑动模态不受系统的参数摄动和外部干扰的影响，因而使系统能够获得优良的鲁棒性[52][53][54]。SMC以其对干扰和系统未建模动态具有较强的鲁棒性在永磁电机速度控制系统中得到了越来越广泛的应用。但是，SMC策略有一个比较棘手的问题，传统SMC策略由于存在趋近阶段导致响应速度较慢，且滑模抖振严重降低电机的控制性能[55][56]。
为了解决上述问题，一些学者改进了SMC策略。文献[57]提出一种积分滑模控制(integral sliding mode control，ISMC)策略，其基本思想是在传统线性滑模面中引入积分项，该策略可实现对干扰的抑制，但其动态过程存在超调且响应速度较慢。文献[58]使用扰动观测器观测系统干扰，然后将其前馈至非奇异终端滑模控制策略，提高了系统对干扰的鲁棒性，但是所用扰动观测器仅对定值干扰具有较好的观测作用，对于随机变化的干扰效果不太理想。文献[59]为了实现对系统干扰的观测，在滑模控制线性矩阵不等式方法的基础上，提出了一种鲁棒滑模观测器，该观测器对干扰具有鲁棒性，但是该鲁棒滑模观测器的设计过于复杂且参数调节较难。文献[60]使用高阶滑模微分器观测系统干扰，提出一种连续动态滑模控制策略，改善了系统动态响应性能，具有很好的抗扰能力，但其设计过于复杂。文献[61]针对干扰系统提出一种时变干扰重构策略，采用高增益滑模观测器将未知干扰的微分估计和系统状态估计引入滑模控制策略中，消除了干扰对系统的影响，但是该策略中有较多的参数需要调节，且参数之间的配合要求较高，这将大大增加控制策略参数调节的难度，从而限制了其推广应用。
二.主要研究内容及新思路
主要研究内容：
本文以一种电动汽车用五相永磁同步电机为控制对象，以滑模控制策略为研究重点，针对传统SMC策略转速超调大、响应速度慢以及抗干扰能力差的问题，提出了基于新型趋近律的转速滑模控制(speed sliding mode control based on new reaching law，NRL-SMC)策略和基于扰动观测的转速滑模控制(speed sliding mode control based on disturbance observer，DOB-SMC)策略，并通过仿真验证了所提控制策略的可行性。本文全文主要研究内容如下：
第一章简要描述了课题研究的背景及意义，对永磁同步电机调速技术的发展现状进行了总结，并指出了它们的优缺点，最后简单介绍了滑模控制技术研究现状及其在电机驱动控制领域的应用。
第二章推导了五相PMSM在自然坐标系和同步旋转坐标系下的数学模型，同时分析了PMSM矢量控制策略，建立了五相PMSM的矢量控制系统。
第三章介绍了滑模控制的基本理论，在此基础上提出了一种NRL-SMC策略，通过设计一种新型的滑模趋近律，提高了SMC的趋近速度，有效削弱了滑模抖振，同时实现了五相PMSM转速的快速跟随和无超调运行。最后，通过搭建Matlab/Simulink仿真模型，对所提策略进行了仿真验证。
第四章提出了一种DOB-SMC策略，该策略将扰动观测器观测的负载扰动作为SMC策略的前馈补偿，确保了五相PMSM系统对负载扰动的强鲁棒性。最后，通过搭建Matlab/Simulink仿真模型，对所提控制策略进行仿真验证。
第五章为全文工作的总结和展望，对课题目前为止的工作进行概括，并提出不足及后续研究方向。
新思路：
1、提出了一种NRL-SMC策略，通过设计一种新型的滑模趋近律，提高了SMC的趋近速度，有效削弱了滑模抖振，同时实现了五相PMSM转速的快速跟随和无超调运行；
2、提出了一种DOB-SMC策略，该策略将扰动观测器观测的负载扰动作为SMC策略的前馈补偿，在实现五相PMSM转速的快速跟随和无超调运行的同时，确保了PMSM系统对负载扰动的强鲁棒性。
三.研究计划及各阶段的研究成果
2017年5月至2017年6月：查阅相关文献，准备论文开题报告。
2017年7月至2017年9月：对国内外关于PMSM滑模调速研究成果与动态进行归纳与分析，确定论文编写思路。
2017年10月至2017年12月：针对五相PMSM矢量控制系统对滑模调速进行详细而全面的分析。
2018年1月到2018年4月：针对PMSM滑模控制方法存在的问题，提出改进控制策略，并对改进控制策略进行详细的理论分析与仿真验证。
2018年5月到2018年7月：整理分析结果，确定最终方案，进行论文撰写。
2018年8月至2016年9月：修改毕业论文，准备论文答辩。
参考文献
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[5]刘金琨.滑模变结构控制MATLAB仿真[M].北京:清华大学出版社,2015.
[6]张晓光,孙力,赵克.基于负载转矩滑模观测的永磁同步电机滑模控制[J].中国电机工程学报,2012,32(3):111-116.
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[8]周华伟,温旭辉,赵峰,等.基于内模的永磁同步电机滑模电流解耦控制[J].中国电机工程学报,2012,32(15):91-99.
论文作者:冯雪静
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/25
标签：策略论文; 永磁论文; 观测器论文; 干扰论文; 系统论文; 转速论文; 提出了论文; 《基层建设》2018年第34期论文;