PMSM新型積分快速終端滑?？刂?/h1>
2022-08-25 09:56諸德宏周振飛
軟件導(dǎo)刊 2022年8期
諸德宏，周振飛
（江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013）
0 引言
永磁同步電機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗低、功率密度高等優(yōu)點(diǎn)在社會(huì)生產(chǎn)生活中受到廣泛關(guān)注與應(yīng)用，但PMSM 是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜電磁動(dòng)作系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)參數(shù)攝動(dòng)、負(fù)載波動(dòng)、外部干擾等問(wèn)題。
傳統(tǒng)PI 和滑?？刂埔褵o(wú)法滿足當(dāng)今工業(yè)社會(huì)日益增長(zhǎng)的高性能控制需求［1-3］。隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外學(xué)者先后提出了許多優(yōu)秀的控制方法。例如，自抗擾控制［4-6］、模糊控制［7-10］、滑模控制（Sliding Mode Control，SMC）等。
文獻(xiàn)［11-13］提出一種新型的指數(shù)趨近律，通過(guò)克服常規(guī)滑?？刂频墓逃卸墩駟?wèn)題以提高趨近速度。Kang等［14］設(shè)計(jì)一種雙冪次趨近率，改善系統(tǒng)在趨近模態(tài)中的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。文獻(xiàn)［15-16］設(shè)計(jì)滑模觀測(cè)器采集PMSM 的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子角度信息。張曉光等［17］提出混合非奇異終端滑模控制策略，結(jié)合線性滑模和非奇異終端滑模以解決非奇異終端滑模收斂速度慢的問(wèn)題。周碩等［18］提出一種PMSM非奇異快速終端滑?？刂疲∟onsingular Fast Terminal SMC，NFTSMC）策略，能夠全局快速收斂狀態(tài)變量。李政等［19］通過(guò)在常規(guī)滑模面中加入狀態(tài)變量的積分項(xiàng)，設(shè)計(jì)了一個(gè)PMSM 積分型滑模速度控制器，雖能消除穩(wěn)態(tài)誤差，但積分Windup 效應(yīng)會(huì)使消除穩(wěn)態(tài)誤差的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，系統(tǒng)性能有所下降。王鑫等［20］提出一種高階積分滑?？刂破?，在減弱抖振現(xiàn)象的同時(shí)增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性。
為進(jìn)一步提高PMSM 調(diào)速系統(tǒng)的控制性能，本文提出新型積分快速終端滑?？刂疲∟ew Integral FTSMC，NIFTSMC）方法。該方法在快速終端滑?？刂频幕A(chǔ)上引入積分型滑?？刂扑枷?，在繼承快速終端滑?？焖傩缘耐瑫r(shí)，通過(guò)重新設(shè)計(jì)積分項(xiàng)避免傳統(tǒng)積分型滑模的積分Windup效應(yīng)。
1 新型積分快速終端滑?？刂撇呗?/h2>
選用快速終端滑模面結(jié)合積分型滑模控制思想，將非線性函數(shù)與模糊量的積分形式引入滑模面，提出一種新型積分型快速終端滑?？刂泼?，具體數(shù)學(xué)表達(dá)式如式（1）所示：
式中，c>0，p、q、m、n均為正奇數(shù)且0 如式（1）所示，滑模面由快速終端滑模和積分項(xiàng)兩個(gè)部分組成。當(dāng)s=0 且系統(tǒng)未到達(dá)平衡點(diǎn)時(shí)，快速終端滑模部分起主要作用，使e快速收斂；當(dāng)系統(tǒng)接近平衡點(diǎn)時(shí)積分項(xiàng)部分起消除穩(wěn)態(tài)誤差作用。其中，G(e)是一類(lèi)有界非線性光滑函數(shù)，可對(duì)積分起到減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的作用。為了對(duì)G(e)進(jìn)行分析，首先引入以下函數(shù)：
其中，g(e)是一類(lèi)中間高兩邊低的連續(xù)函數(shù)，對(duì)G(e)積分具有放大小誤差的作用，在大誤差處鎖定被積函數(shù)G(e)值的優(yōu)點(diǎn)，可有效避免傳統(tǒng)積分滑模Windup 效應(yīng)。G(e)的計(jì)算公式如式（3）：
當(dāng)δ=γ=2時(shí)，G(e)、g(e)的函數(shù)圖像如圖1所示。
由圖1 可見(jiàn)，當(dāng)誤差較?。磡e| ≤δ）時(shí)當(dāng)誤差較大（即|e| ≥δ）時(shí)飽和于±γ。通過(guò)調(diào)整δ和γ值，可實(shí)現(xiàn)所需要求的系統(tǒng)控制性能。
Fig.1 Nonlinear function and its derivative圖1 非線性函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)
由于積分項(xiàng)消除穩(wěn)態(tài)誤差存在一定滯后性，因此加入模糊量實(shí)現(xiàn)超前微調(diào)，通過(guò)模糊控制規(guī)則實(shí)時(shí)調(diào)整F值。
2 新型積分快速終端滑模控制器設(shè)計(jì)
2.1 PMSM 數(shù)學(xué)模型
以表面式PMSM 為被控對(duì)象，在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)做如下簡(jiǎn)化處理：①假設(shè)永磁體無(wú)阻尼，且氣隙空間磁場(chǎng)正弦分布；②忽略鐵心磁鏈飽和，不計(jì)渦流與磁滯損耗；③假設(shè)磁路線性，電感參數(shù)恒定。
因此，在d-q坐標(biāo)系下PMSM 電壓方程如下：
PMSM 轉(zhuǎn)矩方程為：
PMSM 運(yùn)動(dòng)方程為：
其中，ud、uq為d、q軸電壓，id、iq為d、q軸電流，Ld、Lq為d、q軸電感，R為定子電阻，np為電機(jī)極對(duì)數(shù)，wm為轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度，ψf為永磁體磁鏈，Te為電磁轉(zhuǎn)矩，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，B為摩擦系數(shù)，TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，Ld=Lq。
2.2 PMSM 滑模速度控制器
設(shè)定系統(tǒng)狀態(tài)變量為：
根據(jù)式（6）-式（8）進(jìn)行求導(dǎo)，可得：
新型積分快速終端滑模面設(shè)計(jì)如下：
對(duì)式（10）進(jìn)行求導(dǎo)得：
取趨近律為：
聯(lián)立式（9）、式（11）和式（12）可得出PMSM 滑模速度控制器為：
接下來(lái)，進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，定義Lyapunov 方程為：
求導(dǎo)得：
根據(jù)Lyapunov 穩(wěn)定性原理可知，該設(shè)計(jì)的滑模控制器能在任何初始情況下到達(dá)滑模面。
2.3 模糊控制器設(shè)計(jì)
在積分項(xiàng)中加入模糊量實(shí)現(xiàn)超前微調(diào)，從而抑制由于積分作用引起的滯后效應(yīng)。建立條件如下：
（1）當(dāng)x1與x2處于論域相反位置（包含中間位置Z0）時(shí)，此時(shí)的收斂處于正常狀態(tài)，設(shè)F為Z0以減少干擾。
（2）當(dāng)x1、x2均為正時(shí)，設(shè)F為正值；當(dāng)x1、x2均為負(fù)時(shí)，設(shè)F為負(fù)值，控制x1的發(fā)散狀態(tài)。
（3）當(dāng)x1為正x2為負(fù)時(shí)，若x1絕對(duì)值較大，設(shè)F為正值，加快x1收斂；若x2絕對(duì)值較大，設(shè)F為負(fù)值防止過(guò)沖。
（4）當(dāng)x1為負(fù)x2為正時(shí)，若x1絕對(duì)值較大，設(shè)F為負(fù)值，加快x1收斂；若x2絕對(duì)值較大，設(shè)F為正值防止過(guò)沖。
在滑移模態(tài)控制中，選取系統(tǒng)狀態(tài)變量x1和x2為輸入變量，F(xiàn)為輸出變量，使用模糊推理法對(duì)輸入、輸出變量進(jìn)行歸一模糊化處理，記為其中，輸入變量隸屬度函數(shù)為Gusussmf類(lèi)型，論域分別為［-3，3］、［-25，25］；輸出變量隸屬度函數(shù)為T(mén)rapmf 類(lèi)型，論域?yàn)椋?18，18］。模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)如表1所示。
Table 1 Fuzzy control rules表1 模糊控制規(guī)則表
使用重心法對(duì)F進(jìn)行解模糊計(jì)算，通過(guò)模糊規(guī)則建立的輸入、輸出3D 效果如圖2所示。
Fig.2 3D renderings of fuzzy control system圖2 模糊控制系統(tǒng)3D效果圖
3 仿真實(shí)驗(yàn)
為驗(yàn)證本文所提出的控制策略的合理性及優(yōu)越性，在MATLAB/Simulink 環(huán)境下搭建PMSM 調(diào)速系統(tǒng)仿真模型，采用id=0 的雙閉環(huán)矢量控制方式。在轉(zhuǎn)速環(huán)中將運(yùn)用3種不同的控制器，分別為PI、傳統(tǒng)積分型滑模控制器（ISMC）和新型積分快速終端滑?？刂破鳎∟I-FTSMC），電流環(huán)采用傳統(tǒng)PI 控制器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示。PMSM 參數(shù)如表2所示。
Fig.3 System structure framework圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架
Table 2 Parameters of PMSM表2 永磁同步電機(jī)參數(shù)
仿真實(shí)驗(yàn)的具體參數(shù)配置如下：仿真時(shí)間為0.3s，在轉(zhuǎn)速800r · min-1下空載啟動(dòng)，運(yùn)行0.1s 后突然增加15N ·m的負(fù)載，再過(guò)0.1s后將轉(zhuǎn)速提升至1 000r · min-1。
空載啟動(dòng)后，3 種不同控制器控制下的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)果如圖4所示。
Fig.4 Dynamic response of the system at no-load startup圖4 空載啟動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)
由圖4 可見(jiàn)，在空載啟動(dòng)階段，PI 控制下的轉(zhuǎn)速波形出現(xiàn)了嚴(yán)重的超調(diào)及波動(dòng)；ISMC 控制下的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速誤差；本文提出的NI-FTSMC 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)間最短，且未產(chǎn)生超調(diào)和波動(dòng)。
突加負(fù)載后，3 種不同控制器控制下的系統(tǒng)響應(yīng)如圖5所示。
Fig.5 System dynamic response when a sudden load is applied圖5 突加負(fù)載下系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)
由圖5 可見(jiàn)，在突加負(fù)載的情況下，PI 控制下的轉(zhuǎn)速無(wú)法迅速恢復(fù)到給定狀態(tài)；ISMC 控制下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)速度較慢，且誤差依舊存在；而在NI-FTSMC 控制下的轉(zhuǎn)速波形響應(yīng)迅速，波動(dòng)小，無(wú)超調(diào)，轉(zhuǎn)速跟蹤精準(zhǔn)。
轉(zhuǎn)速突變后，3 種不同控制器控制下的系統(tǒng)響應(yīng)如圖6所示。
Fig.6 Dynamic response of the system with a given speed change圖6 給定轉(zhuǎn)速突變系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)
由圖6 可見(jiàn)，當(dāng)給定轉(zhuǎn)速突變后，ISMC 發(fā)生了由積分作用累積造成的誤差增大的結(jié)果，這意味著控制系統(tǒng)需要更長(zhǎng)的時(shí)間消除誤差；NI-FTSMC 顯現(xiàn)出了在各種干擾情況下優(yōu)越的控制性能。
3 種不同控制器控制下的系統(tǒng)總體運(yùn)行結(jié)果如圖7所示。
Fig.7 Overall operating results of the system圖7 系統(tǒng)總體運(yùn)行結(jié)果
由圖7 可見(jiàn)，PI 控制下的轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩波形波動(dòng)最為明顯，同時(shí)轉(zhuǎn)速難以穩(wěn)定跟蹤，效果最差；ISMC 在經(jīng)歷頻繁干擾后，在積分累積作用下會(huì)出現(xiàn)誤差增大的現(xiàn)象，干擾會(huì)造成消除誤差的時(shí)間增長(zhǎng)，系統(tǒng)抗擾性也隨之變?nèi)?；NI-FTSMC 反應(yīng)靈敏，未發(fā)生超調(diào)現(xiàn)象，而且能夠穩(wěn)定跟蹤，動(dòng)靜態(tài)性能十分優(yōu)越。
綜上所述，本文所提出的NI-FTSMC 方法相較于PI 和傳統(tǒng)積分型滑模控制器（ISMC）而言，性能更加優(yōu)越。
4 結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)結(jié)合積分型滑?？刂频母拍?，基于快速終端滑?？刂品椒?，在滑模面中引入改進(jìn)積分項(xiàng)，在保留快速終端滑模控制優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，相較于傳統(tǒng)滑模面具有更快的收斂速度。
此外，將積分項(xiàng)設(shè)計(jì)為非線性函數(shù)加模糊量的形式，能夠在有效消除穩(wěn)態(tài)誤差的同時(shí)，盡可能的避免積分Windup 效應(yīng)，顯著提高了系統(tǒng)的控制性能。
針對(duì)PMSM 矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)新型積分快速終端滑模速度控制器，并與傳統(tǒng)PI 和積分型滑?？刂破鬟M(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的滑?？刂破髂軌蛴行岣呦到y(tǒng)的調(diào)速性能，為改善PMSM 調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)提供了一種有效的方法，但該控制方式需要設(shè)定較多參數(shù)，仍然還有較大的改進(jìn)空間。
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1 新型積分快速終端滑?？刂撇呗?/h2>
選用快速終端滑模面結(jié)合積分型滑模控制思想，將非線性函數(shù)與模糊量的積分形式引入滑模面，提出一種新型積分型快速終端滑?？刂泼?，具體數(shù)學(xué)表達(dá)式如式（1）所示：
式中，c>0，p、q、m、n均為正奇數(shù)且0 如式（1）所示，滑模面由快速終端滑模和積分項(xiàng)兩個(gè)部分組成。當(dāng)s=0 且系統(tǒng)未到達(dá)平衡點(diǎn)時(shí)，快速終端滑模部分起主要作用，使e快速收斂；當(dāng)系統(tǒng)接近平衡點(diǎn)時(shí)積分項(xiàng)部分起消除穩(wěn)態(tài)誤差作用。其中，G(e)是一類(lèi)有界非線性光滑函數(shù)，可對(duì)積分起到減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的作用。為了對(duì)G(e)進(jìn)行分析，首先引入以下函數(shù)： 其中，g(e)是一類(lèi)中間高兩邊低的連續(xù)函數(shù)，對(duì)G(e)積分具有放大小誤差的作用，在大誤差處鎖定被積函數(shù)G(e)值的優(yōu)點(diǎn)，可有效避免傳統(tǒng)積分滑模Windup 效應(yīng)。G(e)的計(jì)算公式如式（3）： 當(dāng)δ=γ=2時(shí)，G(e)、g(e)的函數(shù)圖像如圖1所示。 由圖1 可見(jiàn)，當(dāng)誤差較?。磡e| ≤δ）時(shí)當(dāng)誤差較大（即|e| ≥δ）時(shí)飽和于±γ。通過(guò)調(diào)整δ和γ值，可實(shí)現(xiàn)所需要求的系統(tǒng)控制性能。 Fig.1 Nonlinear function and its derivative圖1 非線性函數(shù)及其導(dǎo)數(shù) 由于積分項(xiàng)消除穩(wěn)態(tài)誤差存在一定滯后性，因此加入模糊量實(shí)現(xiàn)超前微調(diào)，通過(guò)模糊控制規(guī)則實(shí)時(shí)調(diào)整F值。 以表面式PMSM 為被控對(duì)象，在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)做如下簡(jiǎn)化處理：①假設(shè)永磁體無(wú)阻尼，且氣隙空間磁場(chǎng)正弦分布；②忽略鐵心磁鏈飽和，不計(jì)渦流與磁滯損耗；③假設(shè)磁路線性，電感參數(shù)恒定。 因此，在d-q坐標(biāo)系下PMSM 電壓方程如下： PMSM 轉(zhuǎn)矩方程為： PMSM 運(yùn)動(dòng)方程為： 其中，ud、uq為d、q軸電壓，id、iq為d、q軸電流，Ld、Lq為d、q軸電感，R為定子電阻，np為電機(jī)極對(duì)數(shù)，wm為轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度，ψf為永磁體磁鏈，Te為電磁轉(zhuǎn)矩，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，B為摩擦系數(shù)，TL為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，Ld=Lq。 設(shè)定系統(tǒng)狀態(tài)變量為： 根據(jù)式（6）-式（8）進(jìn)行求導(dǎo)，可得： 新型積分快速終端滑模面設(shè)計(jì)如下： 對(duì)式（10）進(jìn)行求導(dǎo)得： 取趨近律為： 聯(lián)立式（9）、式（11）和式（12）可得出PMSM 滑模速度控制器為： 接下來(lái)，進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，定義Lyapunov 方程為： 求導(dǎo)得： 根據(jù)Lyapunov 穩(wěn)定性原理可知，該設(shè)計(jì)的滑模控制器能在任何初始情況下到達(dá)滑模面。 在積分項(xiàng)中加入模糊量實(shí)現(xiàn)超前微調(diào)，從而抑制由于積分作用引起的滯后效應(yīng)。建立條件如下： （1）當(dāng)x1與x2處于論域相反位置（包含中間位置Z0）時(shí)，此時(shí)的收斂處于正常狀態(tài)，設(shè)F為Z0以減少干擾。 （2）當(dāng)x1、x2均為正時(shí)，設(shè)F為正值；當(dāng)x1、x2均為負(fù)時(shí)，設(shè)F為負(fù)值，控制x1的發(fā)散狀態(tài)。 （3）當(dāng)x1為正x2為負(fù)時(shí)，若x1絕對(duì)值較大，設(shè)F為正值，加快x1收斂；若x2絕對(duì)值較大，設(shè)F為負(fù)值防止過(guò)沖。 （4）當(dāng)x1為負(fù)x2為正時(shí)，若x1絕對(duì)值較大，設(shè)F為負(fù)值，加快x1收斂；若x2絕對(duì)值較大，設(shè)F為正值防止過(guò)沖。 在滑移模態(tài)控制中，選取系統(tǒng)狀態(tài)變量x1和x2為輸入變量，F(xiàn)為輸出變量，使用模糊推理法對(duì)輸入、輸出變量進(jìn)行歸一模糊化處理，記為其中，輸入變量隸屬度函數(shù)為Gusussmf類(lèi)型，論域分別為［-3，3］、［-25，25］；輸出變量隸屬度函數(shù)為T(mén)rapmf 類(lèi)型，論域?yàn)椋?18，18］。模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)如表1所示。 Table 1 Fuzzy control rules表1 模糊控制規(guī)則表 使用重心法對(duì)F進(jìn)行解模糊計(jì)算，通過(guò)模糊規(guī)則建立的輸入、輸出3D 效果如圖2所示。 Fig.2 3D renderings of fuzzy control system圖2 模糊控制系統(tǒng)3D效果圖 為驗(yàn)證本文所提出的控制策略的合理性及優(yōu)越性，在MATLAB/Simulink 環(huán)境下搭建PMSM 調(diào)速系統(tǒng)仿真模型，采用id=0 的雙閉環(huán)矢量控制方式。在轉(zhuǎn)速環(huán)中將運(yùn)用3種不同的控制器，分別為PI、傳統(tǒng)積分型滑模控制器（ISMC）和新型積分快速終端滑?？刂破鳎∟I-FTSMC），電流環(huán)采用傳統(tǒng)PI 控制器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示。PMSM 參數(shù)如表2所示。 Fig.3 System structure framework圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架 Table 2 Parameters of PMSM表2 永磁同步電機(jī)參數(shù) 仿真實(shí)驗(yàn)的具體參數(shù)配置如下：仿真時(shí)間為0.3s，在轉(zhuǎn)速800r · min-1下空載啟動(dòng)，運(yùn)行0.1s 后突然增加15N ·m的負(fù)載，再過(guò)0.1s后將轉(zhuǎn)速提升至1 000r · min-1。 空載啟動(dòng)后，3 種不同控制器控制下的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)結(jié)果如圖4所示。 Fig.4 Dynamic response of the system at no-load startup圖4 空載啟動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng) 由圖4 可見(jiàn)，在空載啟動(dòng)階段，PI 控制下的轉(zhuǎn)速波形出現(xiàn)了嚴(yán)重的超調(diào)及波動(dòng)；ISMC 控制下的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速誤差；本文提出的NI-FTSMC 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時(shí)間最短，且未產(chǎn)生超調(diào)和波動(dòng)。 突加負(fù)載后，3 種不同控制器控制下的系統(tǒng)響應(yīng)如圖5所示。 Fig.5 System dynamic response when a sudden load is applied圖5 突加負(fù)載下系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng) 由圖5 可見(jiàn)，在突加負(fù)載的情況下，PI 控制下的轉(zhuǎn)速無(wú)法迅速恢復(fù)到給定狀態(tài)；ISMC 控制下的轉(zhuǎn)速響應(yīng)速度較慢，且誤差依舊存在；而在NI-FTSMC 控制下的轉(zhuǎn)速波形響應(yīng)迅速，波動(dòng)小，無(wú)超調(diào)，轉(zhuǎn)速跟蹤精準(zhǔn)。 轉(zhuǎn)速突變后，3 種不同控制器控制下的系統(tǒng)響應(yīng)如圖6所示。 Fig.6 Dynamic response of the system with a given speed change圖6 給定轉(zhuǎn)速突變系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng) 由圖6 可見(jiàn)，當(dāng)給定轉(zhuǎn)速突變后，ISMC 發(fā)生了由積分作用累積造成的誤差增大的結(jié)果，這意味著控制系統(tǒng)需要更長(zhǎng)的時(shí)間消除誤差；NI-FTSMC 顯現(xiàn)出了在各種干擾情況下優(yōu)越的控制性能。 3 種不同控制器控制下的系統(tǒng)總體運(yùn)行結(jié)果如圖7所示。 Fig.7 Overall operating results of the system圖7 系統(tǒng)總體運(yùn)行結(jié)果 由圖7 可見(jiàn)，PI 控制下的轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩波形波動(dòng)最為明顯，同時(shí)轉(zhuǎn)速難以穩(wěn)定跟蹤，效果最差；ISMC 在經(jīng)歷頻繁干擾后，在積分累積作用下會(huì)出現(xiàn)誤差增大的現(xiàn)象，干擾會(huì)造成消除誤差的時(shí)間增長(zhǎng)，系統(tǒng)抗擾性也隨之變?nèi)?；NI-FTSMC 反應(yīng)靈敏，未發(fā)生超調(diào)現(xiàn)象，而且能夠穩(wěn)定跟蹤，動(dòng)靜態(tài)性能十分優(yōu)越。 綜上所述，本文所提出的NI-FTSMC 方法相較于PI 和傳統(tǒng)積分型滑模控制器（ISMC）而言，性能更加優(yōu)越。 本文通過(guò)結(jié)合積分型滑?？刂频母拍?，基于快速終端滑?？刂品椒?，在滑模面中引入改進(jìn)積分項(xiàng)，在保留快速終端滑模控制優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，相較于傳統(tǒng)滑模面具有更快的收斂速度。 此外，將積分項(xiàng)設(shè)計(jì)為非線性函數(shù)加模糊量的形式，能夠在有效消除穩(wěn)態(tài)誤差的同時(shí)，盡可能的避免積分Windup 效應(yīng)，顯著提高了系統(tǒng)的控制性能。 針對(duì)PMSM 矢量控制調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)新型積分快速終端滑模速度控制器，并與傳統(tǒng)PI 和積分型滑?？刂破鬟M(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的滑?？刂破髂軌蛴行岣呦到y(tǒng)的調(diào)速性能，為改善PMSM 調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)提供了一種有效的方法，但該控制方式需要設(shè)定較多參數(shù)，仍然還有較大的改進(jìn)空間。2 新型積分快速終端滑模控制器設(shè)計(jì)
2.1 PMSM 數(shù)學(xué)模型
2.2 PMSM 滑模速度控制器
2.3 模糊控制器設(shè)計(jì)
3 仿真實(shí)驗(yàn)
4 結(jié)語(yǔ)
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