基于滑?？刂频腡SMC-PMSM調速系統

摘要：設計了一種基于雙級矩陣變換器(TSMC)驅動(dòng)的永磁同步電機(PMSM)滑模變結構直接轉矩控制方案。該方案針對一般直接轉矩控制(DTC)轉矩和磁鏈脈動(dòng)大的不足，又解決了一般永磁同步電機；矩陣變換器；直接轉矩控制

1 引言
矩陣變換器作為一種理想“全硅”型變換器，具有無(wú)直流儲能環(huán)節，輸入功率因數可調，輸出電壓大小、相位和頻率可調等優(yōu)點(diǎn)。TSMC在保留上述優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還具有換流方法簡(jiǎn)單，逆變級可采用成熟的SVM算法等特點(diǎn)，故可方便地應用于高性能伺服控制系統中。
PMSM具有結構簡(jiǎn)單，效率高，功率密度高等優(yōu)點(diǎn)，應用場(chǎng)合廣泛。DTC作為高性能控制策略被廣泛應用在PMSM控制中。但傳統DTC存在電流、磁鏈和轉矩脈動(dòng)大，低速運行難以精確控制等不足。針對上述問(wèn)題，國內外學(xué)者作了許多關(guān)于DTC改進(jìn)的研究。
為了既能實(shí)現PMSM較好的傳動(dòng)性能，又能滿(mǎn)足日益嚴格的電網(wǎng)電能質(zhì)量要求，這里將TSMC和DTC各自?xún)?yōu)點(diǎn)相結合，設計開(kāi)發(fā)了一套基于TS MC的PMSM DTC系統。采用一種變指數趨近率滑?？刂破骱蚐VM矢量控制方法代替傳統滯環(huán)控制器和開(kāi)關(guān)表?；？刂破髌仁勾沛満娃D矩進(jìn)入設定的滑模面，大大減小了脈動(dòng)，SVM控制器產(chǎn)生TSMC逆變端調制信號。

2 永磁同步電機數學(xué)模型
在PMSM建模與分析、設計過(guò)程中常做以下假設：轉子永磁磁場(chǎng)在氣隙空間分布為正弦波，定子電樞繞組中的感應電動(dòng)勢也為正弦波，忽略定子鐵心飽和，認為磁路為線(xiàn)性，電感參數不變；不計鐵心渦流與磁滯損耗；轉子上無(wú)阻尼繞組。
基于上述假設，建立d，q坐標系下的PMSM數學(xué)模型，其電壓方程為：

式中：ud，uq，id，iq，Ld，Lq為d，g軸電壓、電流、電感；Rs為定子電阻；ωe為轉子電角速度；p為微分算子；ψf為永磁體磁鏈。
磁鏈和電磁轉矩方程為：

式中：np為電機的極對數。

3 變指數滑?？刂破鞯脑O計
3．1 變指數滑模趨近率
為克服指數趨近率切換帶為帶狀，系統最終不能趨近于原點(diǎn)的缺點(diǎn)，對其做出進(jìn)一步改進(jìn)，得出一種新的變指數趨近率：

變指數趨近率讓系統狀態(tài)量開(kāi)始時(shí)以變速和指數兩種速率趨向滑模面，當接近滑模面時(shí)，指數項接近零，-ε|X|S變速項起關(guān)鍵作用。當選取的狀態(tài)量X在系統穩定過(guò)程中無(wú)限趨近于零時(shí)，滑?？刂坡傻淖饔米孹進(jìn)入滑模面并向原點(diǎn)運動(dòng)，此過(guò)程又讓控制律中的控制項-ε|X|S不斷減小，最終穩定于原點(diǎn)。為進(jìn)一步消弱到達原點(diǎn)前狀態(tài)變量運動(dòng)軌跡的抖振，符號函數采用平滑處理為：
sgn(S)=S／(|S|+σ) (5)
式中：σ為一個(gè)數值較小的正常數。
3．2 滑?？刂破髟O計
選擇如下積分滑模面：

式中：eT為轉矩估算值與給定值的誤差，eT=T*-T；eψ為磁鏈估算值與給定值的誤差，eψ=ψ*-ψ；ST為轉矩滑模面；Sψ為磁鏈滑模面。
PMSM的變指數趨近率為：