基于新型趋近律的六相永磁同步电机滑模控制
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2020.№2
大电机技术
1
电机部分
基于新型趋近律的六相永磁同步电机滑模控制
郭征华，朱建光 （沈阳工业大学，沈阳 110870）
[摘 要] 为了提高六相永磁同步电机调速系统的动态特性，提出一种新型滑模趋近律，在传统指数趋近律的基 础上，引入系统状态变量设计双变指数趋近律，抑制滑模控制抖振，并提高滑模趋近速率。使用该趋近律方法设 计一六相永磁同步电机滑模速度控制器，并与传统指数趋近律、PI控制器分别进行试验比较。研究表明，在电机 起动、稳态和突加负载三种状态下，新型趋近律在转速响应和转矩响应都优于指数趋近律和PI控制，该速度控制 器能有效提高系统的静、动态特性与鲁棒性。 [关键词] 六相永磁同步电机；趋近律；PI 控制；滑模控制
new reaching law is superior to the exponential reaching law and PI control in the response of speed and
torque under the three conditions of motor starting, steady state and sudden loading, and the speed
为进一步改善 PMSM 系统的动态性能，本文在指 数趋近律的基础上，设计了一种新型趋近律。该趋近律 引入状态变量设计双变指数项来加快趋近速度，同时削 弱在滑模面运动阶段因等速项带来的固有抖振。根据所 提出的新型趋近律设计了六相 PMSM 系统的速度控制
基金项目：辽宁省教育厅项目（LGD2016010）
0 前言
永磁同步电机结构简单、体积小，并且功率密度高， 在航天、仪表、船舶等领域深受欢迎[1-4]。PMSM 非线性、 强耦合等特点使常规 PI 控制不能有效适用，但滑模控制 (sliding mode control，SMC)以其对扰动与参数变化不敏感、 响应快速等优点而开始被用于 PMSM 控制系统中[5-7]。但滑 模控制的抖振会引起高频振荡，使其在实际应用场合中难 以发挥优势[8,9]。为了削弱抖振，研究者们提出了很多解决 方案。文献[10]提出了一种全局快速收敛的双幂次趋近律, 但缺乏对趋近律定性分析。文献[11]将终端吸引子引入滑模 控制中，提出一种新型趋近律，有效地加快了趋近速度， 但增加了控制器的复杂性。文献[12]和文献[13]设计了组合
转矩；TL 为负载转矩。
2 新型滑模控制趋近律
2.1 新型滑模趋近律的提出 高为炳将趋近律加入滑模变结构中来削弱抖振，其
中传统的指数趋近律[15]为：
s sgn(s) ks ( 0,k 0 )
2
基于新型趋近律的六相永磁同步电机滑模控制
2020.№2
器，可取代传统 PI 控制器。
1 六相 PMSM 的数学模型
六相 PMSM 的 d-q 子空间定子电压方程为:
u d uq
Rid Riq
Ld Lq
did dt diq dt
pLqiq pLd id
p
f
(1)
六相 PMSM 转矩方程为:
[中图分类号] TM351
[文献标志码] A [文章编号] 1000-3983(2020)02-0001-06
[开放科学（资源服务）标识码]
Six-Phase PMSM Sliding Mode Control Based on Novel Reaching Law
GUO Zhenghua, ZHU Jianguang
Te 3piq id(Ld Lq) f
(2)
采用 id=0 的矢量控制方法，故转矩方程为:
Te 3piq f
(3)
运动方程为：
d dt
B
TL
Te
(4)
式中，ud、uq，id、iq，Ld、Lq 分别为 d、q 轴定子电
压、电流、电感；ψf 为磁链；p 为极对数；J 为转动惯
量；ω为电机的机械角速度；R 为定子电阻；Te 为电磁
speed servo system, a novel reaching law was proposed. Based on conventional exponential reaching
law, the system state variable was introduced to design the bivariant exponential reaching law in order to
(Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China)
Abstract: To improve the dynamic quality of six-phase permanent magnet synchronous motor (PMSM)
趋近律的滑模控制方法，加快了趋近过程；通过幂次项参 数自适应调节控制增益，来应对不同阶段的收敛过程，有 效地降低了切入滑模面时的速度以削弱抖振。但趋近律形 式复杂，参数过多，增大了系统的复杂性。文献[14]针对永 磁直线同步电机系统，提出了一种自适应模糊分数阶滑模 控制策略，设计了不确定性观测器来观测不确定性，同时 设计了自适应模糊调节器来补偿观测偏差和抑制抖振现 象，仿真验证了系统具有良好的控制性能和鲁棒性。
controller can effectively improve the static and dynamic characteristics and robustness of the system.
Key words: six-phase PMSM; reaching law; PI control; sliding mode control
suppress the chattering and improve the reaching speed. By applying the novel reaching law, the sliding
mode speed controller of the six-phase PMSM control system was designed. The results show that the
大电机技术
1
电机部分
基于新型趋近律的六相永磁同步电机滑模控制
郭征华，朱建光 （沈阳工业大学，沈阳 110870）
[摘 要] 为了提高六相永磁同步电机调速系统的动态特性，提出一种新型滑模趋近律，在传统指数趋近律的基 础上，引入系统状态变量设计双变指数趋近律，抑制滑模控制抖振，并提高滑模趋近速率。使用该趋近律方法设 计一六相永磁同步电机滑模速度控制器，并与传统指数趋近律、PI控制器分别进行试验比较。研究表明，在电机 起动、稳态和突加负载三种状态下，新型趋近律在转速响应和转矩响应都优于指数趋近律和PI控制，该速度控制 器能有效提高系统的静、动态特性与鲁棒性。 [关键词] 六相永磁同步电机；趋近律；PI 控制；滑模控制
new reaching law is superior to the exponential reaching law and PI control in the response of speed and
torque under the three conditions of motor starting, steady state and sudden loading, and the speed
为进一步改善 PMSM 系统的动态性能，本文在指 数趋近律的基础上，设计了一种新型趋近律。该趋近律 引入状态变量设计双变指数项来加快趋近速度，同时削 弱在滑模面运动阶段因等速项带来的固有抖振。根据所 提出的新型趋近律设计了六相 PMSM 系统的速度控制
基金项目：辽宁省教育厅项目（LGD2016010）
0 前言
永磁同步电机结构简单、体积小，并且功率密度高， 在航天、仪表、船舶等领域深受欢迎[1-4]。PMSM 非线性、 强耦合等特点使常规 PI 控制不能有效适用，但滑模控制 (sliding mode control，SMC)以其对扰动与参数变化不敏感、 响应快速等优点而开始被用于 PMSM 控制系统中[5-7]。但滑 模控制的抖振会引起高频振荡，使其在实际应用场合中难 以发挥优势[8,9]。为了削弱抖振，研究者们提出了很多解决 方案。文献[10]提出了一种全局快速收敛的双幂次趋近律, 但缺乏对趋近律定性分析。文献[11]将终端吸引子引入滑模 控制中，提出一种新型趋近律，有效地加快了趋近速度， 但增加了控制器的复杂性。文献[12]和文献[13]设计了组合
转矩；TL 为负载转矩。
2 新型滑模控制趋近律
2.1 新型滑模趋近律的提出 高为炳将趋近律加入滑模变结构中来削弱抖振，其
中传统的指数趋近律[15]为：
s sgn(s) ks ( 0,k 0 )
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基于新型趋近律的六相永磁同步电机滑模控制
2020.№2
器，可取代传统 PI 控制器。
1 六相 PMSM 的数学模型
六相 PMSM 的 d-q 子空间定子电压方程为:
u d uq
Rid Riq
Ld Lq
did dt diq dt
pLqiq pLd id
p
f
(1)
六相 PMSM 转矩方程为:
[中图分类号] TM351
[文献标志码] A [文章编号] 1000-3983(2020)02-0001-06
[开放科学（资源服务）标识码]
Six-Phase PMSM Sliding Mode Control Based on Novel Reaching Law
GUO Zhenghua, ZHU Jianguang
Te 3piq id(Ld Lq) f
(2)
采用 id=0 的矢量控制方法，故转矩方程为:
Te 3piq f
(3)
运动方程为：
d dt
B
TL
Te
(4)
式中，ud、uq，id、iq，Ld、Lq 分别为 d、q 轴定子电
压、电流、电感；ψf 为磁链；p 为极对数；J 为转动惯
量；ω为电机的机械角速度；R 为定子电阻；Te 为电磁
speed servo system, a novel reaching law was proposed. Based on conventional exponential reaching
law, the system state variable was introduced to design the bivariant exponential reaching law in order to
(Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China)
Abstract: To improve the dynamic quality of six-phase permanent magnet synchronous motor (PMSM)
趋近律的滑模控制方法，加快了趋近过程；通过幂次项参 数自适应调节控制增益，来应对不同阶段的收敛过程，有 效地降低了切入滑模面时的速度以削弱抖振。但趋近律形 式复杂，参数过多，增大了系统的复杂性。文献[14]针对永 磁直线同步电机系统，提出了一种自适应模糊分数阶滑模 控制策略，设计了不确定性观测器来观测不确定性，同时 设计了自适应模糊调节器来补偿观测偏差和抑制抖振现 象，仿真验证了系统具有良好的控制性能和鲁棒性。
controller can effectively improve the static and dynamic characteristics and robustness of the system.
Key words: six-phase PMSM; reaching law; PI control; sliding mode control
suppress the chattering and improve the reaching speed. By applying the novel reaching law, the sliding
mode speed controller of the six-phase PMSM control system was designed. The results show that the