基于滑模变结构的异步电机矢量控制及实现

钟义长1，钟伦珑2，黄峰1

(1.湖南丁程学院应用技术学院，湖南湘潭4111O1；

2.中国民航大学智能信号与图像处理天津市重点实验室，天津300300)

摘要：扰动或负载的加入对异步电机矢量控制系统会严生影响，使系统性能变差。提出了一种新的方法，介绍了基于滑模变结构的异步电机矢量控制，对滑模变结构电流控制器进行了设计并选取合适的控制参数。买验与仿真结果表明滑模变结构控制的异步电机矢量控制系统动静态特性良好，具有较强的鲁棒性能

关键词：异步电机；矢量控制：滑模变结构控制

中图分类号：TM343    文献标识码：A

    1 引言

 

    交流异步电机较直流电机而言，具有结构简单，输出转矩大等特点，但是，异步电机同时又是一个多变量、强耦合、非线性的高阶时变系统[1]因而很难直接通过外部信号来准确控制其电磁转矩，这样也就很难适用于控制精度要求高的工业场合。1971年德国Bladchke F提出的矢量控制理论，通过坐标变换将异步电机模型等效为一台直流电机，因而方便地对异步电机实施控制[2]。传统PID控制方法可以使伺服系统获得一定的控制精度，但系统的鲁棒性能不佳[3]，近年来，滑模变结构控制方法对系统参数变化和外部干扰具有良好的鲁棒性，动态响应快，并且易于设计与实现。本文通过滑模变结构控制器的设计实现了异步电机稳定、准确、快速地调速。

 

    2 异步电机仿真模型与滑模变结构原理

 

    2.1滑模变结构原理

 

    滑模变结构控制SMVSC)[是变结构控制的一种控制方法，它的控制原理是当系统状态穿越状态空间的不连续曲面(超平面、开关平面)时，反馈控制的结构就发生变化，迫使系统在一定特性下沿状态轨迹作小幅度、高频率的运动，以使系统达到期望的性能指标，并且当系统进入滑模运动时，系统参数的变化或外界扰动对滑模运动几乎没有影响，因而系统就具有良好的自适应性与鲁棒性。

 

    2.2异步电机模型

 

    在定子静止两相坐标系下，异步电机的电压一电流模型的状态方程[5]描述为：

    3 滑模变结构控制器的设计

 

    带滑模变结构的控制，其关键在于控制器的设计，本文采用滑模变结构电流控制器，其结构如图1所示。带滑模变结构异步电机矢量控制模型如图2所示。

    对于滑模变结构控制器的设计，包括两个部分：一是设计滑模面，使得滑模面s=O；二是设计滑动模态控制率，以保证滑模面以外的运动点都可以在较短的时间内重瓶回到滑模面上：

    3.1 滑模面s的设计

    3.2滑动模态控制率的设计

 

    为了消除变结构控制给系统带来的抖动，必须选取合适的增益常数[5]。在本文中，为了得到恰当的增益数值，采用了指数趋近律：s=εsgn(s)+ks来确定增益常数。通过对控制率参数ε和k的调整，使系统能够尽可能的快速到达滑模面，从而保证系统的稳定性与动态品质。

 

    令α-β书坐标轴下异步电机的给定电压满足：

    由李雅普诺夫稳定性理论知识，此时令该系统的李雅普诺夫函数为：

    若系统可以返回滑模面，那么李雅普诺夫函数的导数满足υ<0，即：