基于SMC的无刷直流电机的矢量控制

PI control and speed current PI control. Such control method is simple, but there are some problems such as large error of rotational speed , obvious torque jitter and other issues. To tackle these problems, vector control strategy is used and an integral sliding-mode control algorithm( SMC ) is proposed to replace the current PI control algorithm. Compared with the traditional PI control algorithm, this system has small speed error and small torque jitter. The dynamic response of the system is fast and the robustness is strong. Key words brushless DC motor；vector control；integral sliding mode control；proportional integral deriva­ tive ( PID ) control
基于
SM C 的无刷直流电机的矢量控制
刘建林
1’2 \ 罗 德 荣 2 ， 韩
建wk.baidu.com
2， 李良涛2
( 1 . 湖南机电职业技术学院， 中 国 长 沙 410151;2. 湖南大学电气与信息工程学院， 中 国 长 沙 410082)
摘 要 传统的无刷直流电机（ BmShleSS DC
M〇 t〇 r， BLDCM) 的控制方式通常采用转速 P I 控 制 ， 转速电流P I控
制等控制策略， 这类控制方法简单， 但同时也存在一些转速误差较大， 转矩抖动明显等问题.为解决这些问题， 采用 矢量控制策略， 并提出积分滑模算法 （ SUdmg Mode Control,SMC)代 替 电 流 q 轴 分 量 P I 调节算法.通过搭建该调速 系统仿真模型及实验分析， 与 传 统 P I 控制算法相比， 该系统转速跟踪误差小， 转矩抖动明显减小， 系统动态响应 关 键 词 无 刷 直 流 电 机 ;矢 量 控 制 ;积 分 型 滑 模 控 制 ； 比例积分微分控制 中 图 分 类 号 TM301.2 文献标识码A 文 章 编 号 1000-2537 (2017) 03-006448 快， 鲁棒性强.
201 7 年 5 月 第40卷 第 3 期
Journal of Natural Science of Hunan Normal University
湖南师范大学自然科学学报
V〇 1.40 No. 3 May,2017
DOI； 10.7612/ j . issn . 1000-2537.2017.03.012
Abstract The control method of Brushless DC Motor ( BLDCM) usually adopts the control strategy of speed
无刷直流电机是一种新型的由电机主体和驱动器组成的机电一体化产品.由于其良好的控制性能， 较宽 的调速范围， 大的启动转矩以及高效率， 运行平稳等优点广泛应用于汽车， 工业自动化， 航空航天等方面.传 统的无刷直流电机一般采用 p i 控 制 ， 算法简单， 易于控制， 但 缺点也很明显： 噪声高， 转矩脉动大， 对电机控 制效率不尚. 近年来， 包括矢量控制， 直接转矩控制策略， 以及模糊控制， 神经网络控制， 滑模控制算法在内的许多现 代控制理论被逐渐应用到无刷直流电机的调速系统中.其中， 滑模控制由于具有很强的鲁棒性以及对系统参 数要求低等优点越来越受关注.文献[1 ]对永磁无刷直流电机的几种典型驱动电路拓扑结构， 以及转矩脉动 抑制， 无位置传感器控制等进行介绍并对其发展趋势进行介绍.文献[2]在 传 统 P I D 控制算法基础上设计了 神经网络控制， 这不仅提高了响应速度， 而且提高了精度， 但系统抖振问题并没有解决.文献[3 ]设计了永磁
收 稿 日 期 =2017-03-22
* 通 讯 作 者 ,E-mail :tikolin@ 126. com
基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ 61104088 );湖南省教育厅科技资助项目（ 16C0571)
第3期
刘建林等:基于 SMC 的无刷直流电机的矢量控制
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无刷直流电机的模糊 P I 控 制 ， 有效提高了响应速度和精度， 却不能解决系统抖振问题.文献[4]设计了无刷 直流电机的矢量控制， 并搭建了 M a d a b 仿 真 模 型 ， 对转速， 转矩波形进行分析， 发现响应速度和控制精度得 到进一步提高， 但是没能进行实验验证.文献[5]设计了积分滑膜变结构代替原来 P I D 控 制 ， 使得响应速度 进一步提高， 并且增强系统鲁棒性.文献[6]在永磁同步电机矢量控制的基础上用积分滑膜结构代替 P I D 控 制， 并设计了负载转矩观测器， 能有效提高精度， 加快系统响应速度， 并且有效降低负载抖振问题.文献[7] 设计了基于扩张状态观测器的 B L D C M 的滑模变结构控制， 这有效抑制外界的干扰， 对于系统抖振的抑制起 到一定作用.文献 [8] 在传统直接转矩控制的基础上， 设计了一种超空间矢量的 D T C 控 制 ， 该策略不需要检 测转子位置信号， 对原有系统进行极大简化.郭鸿浩等[9]设计了无刷直流电机的自适应滑模观测器， 能对其 反电动势进行实时估测， 与之前的查表法相比更精确.史婷娜等[ 1 ( ) ] 则设计了基于改进型滑模观测器的无刷 直流电机的无位置传感器控制， 使得系统响应速度加快， 增强其鲁棒性. 为克服电机负载运行时转矩波动大， 稳态控制精度不高和抖震， 本文在矢量控制的基础上提出一种基于 积分滑模设计的滑模控制算法， 对电机的^一9 轴电流调节采用 P I 控制算法， 对电机速度调节采用滑模控制 算法.通过仿真分析， 这种控制算法可以更好抑制负载引起的转速波动， 有效提高抗负载扰动性能.
Vector Control of Brushless DC M otor Based on Sliding Mode Control
LIU Jian -lin1,2 * , LUO D e-rong1 , HAN Jian , LI L iang-tao1 (1. Hunan Mechanical and Electrical Polytechnic, Changsha 410151, China ； 2. College of Electrical and Information Engineering, Hunan University, Changsha 410082 , China)