基于固定时间滑模自抗扰的永磁同步电机控制

摘要/Abstract

摘要： 针对永磁同步电机转速控制系统中采用滑模控制存在抖振现象以及自抗扰控制轨迹跟踪准确性能较差等问题,提出一种基于固定时间收敛的非奇异快速终端滑模自抗扰复合控制器。建立了考虑外部扰动的永磁同步电机动力学模型,为减弱系统抖振现象、增强系统跟踪性能及抗扰性能,基于自抗扰控制架构,引入了固定时间扩张状态观测器和固定时间非奇异快速终端滑模控制器,并进行了稳定性分析。通过仿真对比,验证了该复合控制器的有效性及优越性。

关键词: 永磁同步电机, 固定时间, 非奇异快速终端, 滑模控制自抗扰控制器, 扩张状态观测器

Abstract: There was buffeting in sliding mode control (SMC) and poor tracking accuracy in active disturbance rejection control (ADRC) in the speed control system of permanent magnet synchronous motor (PMSM), a fixed-time nonsingular fast terminal sliding mode (FNFTSMC) and ADRC composite controllerwas proposed.The dynamic model of PMSM considering external disturbances was established.In order to reduce buffeting, enhance tracking accuracy and anti-jamming performance,fixed-time expansion state observer (FESO) and FNFTSMCwere introduced based on ADRC.The stability analysis was carried out.The effectiveness and superiority of the proposed controller were verified by MATLAB simulation.

Key words: permanent magnet synchronous motor(PMSM), fixed-time, nonsingular fast terminal(NFT), sliding mode control (SMC), active disturbance rejection controller(ADRC), extended state observer(ESO)

中图分类号:

TM351

刘庆雪, 孔祥新, 杜明阳. 基于固定时间滑模自抗扰的永磁同步电机控制[J]. 微特电机, 2023, 51(5): 50-54.

LIU Qingxue, KONG Xiangxin, DU Mingyang. Based on Fixed-Time Sliding Mode and Active Disturbance Rejection Control of PMSM[J]. Small & Special Electrical Machines, 2023, 51(5): 50-54.

参考文献

[1] 高永超,尹红彬,陈明轩,等.改进指数趋近率的PMSM矢量控制研究[J].重庆理工大学学报(自然科学),2022,36(3):57-62.
[2] 秦伟.永磁同步电机滑模变结构矢量控制研究[D].广州:广东工业大学,2022.
[3] LIU H X,LI S H.Speed control for PMSM servo system using predictive functional control and extended state observer[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2012,59(2):1171-1183.
[4] 齐昕,苏涛,周珂,等.交流电机模型预测控制策略发展概述[J].中国电机工程学报,2021,41(18):6408-6419.
[5] 韩京清.自抗扰控制器及其应用[J].控制与决策,1998(1):19-23.
[6] 赵国荣,李晓宝,刘帅,等.自适应非奇异快速终端滑模固定时间收敛制导律[J].北京航空航天大学学报,2019,45(6):1059-1070.
[7] 乔鑫宇,周文雅,吴国强.自抗扰fal函数的改进及在无拖曳卫星中的应用[J].航天控制,2022,40(4):38-44.
[8] LÜ Y Z,WEN G H,HUANG T W.Adaptive protocol design for distributed tracking with relative output information:a distributed fixed-time observer approach[J].IEEE Transactions on Control of Network Systems,2020,7(1):118-128.
[9] 张宽桥,杨锁昌,李宝晨,等.考虑驾驶仪动态特性的固定时间收敛制导律[J].航空学报,2019,40(11):259-273.
[10] 郭一鸣,闫建国,肖冰,等.采用固定时间观测器的翼伞控制方法与应用[J/OL].控制理论与应用:1-9[2022-12-12].http://kns.cnki.net/kcms/detail/44.1240.TP.20220701.1303.038.html.
[11] CHEN Y J,LIANG J C,WU Y N et al.Adaptive sliding-mode disturbance observer-based finite-time control for unmanned aerial manipulator with prescribed performance[J].IEEE Transactions on Cybernetics,2022:1-14.
[12] BASIN M,YU P,SHTESSEL Y.Finite and fixed-time differentiators utilising HOSM techniques[J].IET Control Theory & Applications,2017,11(8):1144-1152.
[13] 韩吉霞,马飞越,佃松宜,等.基于非线性干扰观测器不确定系统的终端滑模控制[J].电光与控制,2020,27(2):29-34.
[14] 王永强,付主木,宋书中,等.并联混合动力汽车模式切换快速终端滑模控制[J].河南科技大学学报(自然科学版),2020,41(5):18-25,4.

[1]	应志平, 卢琴芬, 包广清, 任彦浩. 基于Kriging模型的永磁电机优化设计[J]. 微特电机, 2023, 51(5): 7-12.
[2]	曹元, 吴琦, 胡昌青, 周洪文, 刘宴华. 基于自适应EKF的永磁同步电机无传感控制[J]. 微特电机, 2023, 51(5): 36-43.
[3]	周坤, 赵世伟, 杨向宇, 邱小华. 负载能力最大化的PMSM弱磁控制交轴电压给定策略[J]. 微特电机, 2023, 51(5): 44-49.
[4]	姚博炜, 刘志军, 王国栋, 李强. 车用永磁同步电机最大转矩电流比控制研究[J]. 微特电机, 2023, 51(5): 55-60.
[5]	刘慧娟, 卜斌彬, 郭跃. 削弱表贴式永磁电机2p阶径向电磁力波幅值的磁极设计方法[J]. 微特电机, 2023, 51(4): 8-14.
[6]	刘畅, 邱鑫, 杨建飞, 陈秋仲, 李飞, 周锴, 华文韬, 陈洪生. 永磁同步电机电磁振动噪声优化方法研究[J]. 微特电机, 2023, 51(4): 20-25.
[7]	邱小华, 张德金, 尹华杰, 赵世伟. 变频冰箱压缩机用外转子PMSM的研究[J]. 微特电机, 2023, 51(4): 36-39.
[8]	张雨, 刘宁, 王迎发. 基于测量噪声方差自适应的EKF无传感器控制[J]. 微特电机, 2023, 51(4): 52-56.
[9]	张焱, 吴志红, 朱元, 王恩东, 刘振东. 基于准谐振与模型预测控制的永磁同步电机电流环控制策略[J]. 微特电机, 2023, 51(4): 57-61.
[10]	胡智宏, 袁遇龙, 杨小亮, 白家俊. 基于EMPC的无刷双馈发电机直接功率控制[J]. 微特电机, 2023, 51(4): 62-71.
[11]	朱元, 陈冠行, 肖明康, 孟令. 基于LMS自适应滤波器的PMSM谐波抑制方法[J]. 微特电机, 2023, 51(3): 1-6.
[12]	谢旭, 何兴凤, 吕浩华, 韦玲玲. 某乘用车驱动电机加速噪声分析与优化[J]. 微特电机, 2023, 51(3): 19-24.
[13]	孙浩, 沈艳霞. 基于AEKF的永磁同步电机无传感器控制策略[J]. 微特电机, 2023, 51(3): 48-53.
[14]	王天鹤. 基于DSP的LPMSM驱动系统自适应积分反推位置控制[J]. 微特电机, 2023, 51(3): 54-58.
[15]	刘慧娟, 周佳明, 易元元, 宋腾飞. 永磁同步电机拓扑结构对散热性能的影响[J]. 微特电机, 2023, 51(2): 13-19.