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永磁同步电机速度环的滑模变结构控制

ｔｈｅ　ＰＭＳＭ　Ｓｐｅｅｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｓｌｉｄｉｎｇ　Ｍｏｄｅ

高 敏

Ｇａｏ　Ｍｉｎ

（天津工业大学计算机与自动化学院，　天津 ３００１６０）

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉａｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ

３００１６０）

摘

要：　在永磁同步电机解耦数学模型的基础上，本文提出了一种把滑模变结构原理用于永磁同步电机的矢量控制系统

的方法。首先详细阐述了滑模变结构的基本原理，然后采用速度环的滑模变结构来取代传统的 ＰＩ 控制，并对两个系统进行了

仿真分析，仿真结果证明采用速度环的滑模变结构控制系统确有其优越性。

关键词：　 滑模变结构；永磁同步电机；矢量控制

中图分类号：ＴＭ３０１．２

文献标识码：Ａ

文章编号：１６７１－４７９２－（２００７）３－０１３０－０３

Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｃｏｕｐｌｅｄ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌｓ　ｏｆ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ（　ＰＭＳＭ），　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ

ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｈｉｃｈ　ｂｒｉｎｇｓ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｍｏｄｅｌ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｖｅｃｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ＰＭＳＭ．
Ｆｉｒｓｔ　ｏｆ　ａｌｌ，ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｍｏｄｅｒ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ，ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｍｏｄｅｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ

ｔｏ　ｐｌａｃｅ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉａｎａｌ　ＰＩ　ｃｏｎｔｒｏｌ．　Ａｔ　ｌａｓｔ　，　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｔｏ　ｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ
ｔｈｅ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ａｐｐｒｏａｃｈ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｓｌｉｄｉｎｇ　Ｍｏｄｅｌ；　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ　Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｍｏｔｏｒ；　Ｖｅｃｔｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ

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引言

永磁同步电机（ＰＭＳＭ）采用永磁体产生磁场，结构简单，

节约能量，从 ７０ 年代末、８０ 年代初起，就因其具有体积小、

功率密度高、效率和效率因素高等明显的特点引起了从事电

机及其驱动系统技术研究的学者和研究人员的广泛关注和重

视。

矢量控制（Ｖｅｃｔｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）理论是从理论上解决了交

流电机转矩的高性能控制问题，其基本思想是在普通的三相

交流电动机上设法模拟直流电机转矩控制的规律，在磁场定

向坐标下，将电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量和产

生转矩电流分量，并使两分量相互垂直，彼此独立，然后分

别进行调节，这样交流电动机的控制，从原理和特性上就和

纸直流电动机相似。

近年来对永磁同电机矢量控制研究的文章很多，但永磁

同步电机本质上是一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统，

想实现精确控制和仿真都比较麻烦。传统的矢量控制 ＰＩＤ 调

节

［５］

的本身存在不足，这就要求选择更合适的控制策略，使

系统具备良好的快速性、稳定性、对系统参数变化鲁棒性。

滑模变结构控制

［１］［６］

由于其滑动模态可以进行设计，对加给

系统的扰动和系统的参数变化不敏感，具有鲁棒性好、相应

速度快以及综合方法容易实现等优点。本文将滑膜变结构控

制理论引入到永磁同步电机中，提出利用带速度滑模变结构

的矢量制方法来分析研究其特性，通过系统建模仿真，实现

了系统观测控制的目的。

１

永磁同步电机速度环的滑模变结构控制

１．１ 永磁同步电机数学模型

在忽略铁心饱和，　不计涡流和磁滞损耗的前提下，　可以

得到隐极式可得ｄ－ｑ轴坐标系下永磁同步电机的状态方程为：

（１）

（２）

式中：　Ｒ

ｓ

是定子电阻；　Ｌ

ｓ

是定子电感；　ｉ

ｄ

、ｉ

ｑ

、Ｕ

ｄ

、Ｕ

ｑ

、

Ψ

ｄ

、Ψ

ｑ

分别为定子电流，电压，磁链在 ｄ，ｑ 轴的分量；　ｐ

永磁同步电机速度环的滑模变结构控制