基于滑模變結構的異步電機矢量控制及實現
鐘義長1，鐘倫瓏2，黃峰1
(1.湖南丁程學院應用技術學院，湖南湘潭4111O1；
2.中國民航大學智能信號與圖像處理天津市重點實驗室，天津300300)
摘要：擾動或負載的加入對異步電機矢量控制系統會嚴生影響，使系統性能變差。提出了一種新的方法，介紹了基于滑模變結構的異步電機矢量控制，對滑模變結構電流控制器進行了設計并選取合適的控制參數。買驗與仿真結果表明滑模變結構控制的異步電機矢量控制系統動靜態特性良好，具有較強的魯棒性能
關鍵詞：異步電機；矢量控制：滑模變結構控制
中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A
1 引言
交流異步電機較直流電機而言，具有結構簡單，輸出轉矩大等特點，但是，異步電機同時又是一個多變量、強耦合、非線性的高階時變系統[1]因而很難直接通過外部信號來準確控制其電磁轉矩，這樣也就很難適用于控制精度要求高的工業場合。1971年德國Bladchke F提出的矢量控制理論，通過坐標變換將異步電機模型等效為一臺直流電機，因而方便地對異步電機實施控制[2]。傳統PID控制方法可以使伺服系統獲得一定的控制精度，但系統的魯棒性能不佳[3]，近年來，滑模變結構控制方法對系統參數變化和外部干擾具有良好的魯棒性，動態響應快，并且易于設計與實現。本文通過滑模變結構控制器的設計實現了異步電機穩定、準確、快速地調速。
2 異步電機仿真模型與滑模變結構原理
2.1滑模變結構原理
滑模變結構控制SMVSC)[是變結構控制的一種控制方法，它的控制原理是當系統狀態穿越狀態空間的不連續曲面(超平面、開關平面)時，反饋控制的結構就發生變化，迫使系統在一定特性下沿狀態軌跡作小幅度、高頻率的運動，以使系統達到期望的性能指標，并且當系統進入滑模運動時，系統參數的變化或外界擾動對滑模運動幾乎沒有影響，因而系統就具有良好的自適應性與魯棒性。
2.2異步電機模型
在定子靜止兩相坐標系下，異步電機的電壓一電流模型的狀態方程[5]描述為：
3 滑模變結構控制器的設計
帶滑模變結構的控制，其關鍵在于控制器的設計，本文采用滑模變結構電流控制器，其結構如圖1所示。帶滑模變結構異步電機矢量控制模型如圖2所示。
對于滑模變結構控制器的設計，包括兩個部分：一是設計滑模面，使得滑模面s=O；二是設計滑動模態控制率，以保證滑模面以外的運動點都可以在較短的時間內重瓶回到滑模面上：
3.1 滑模面s的設計
3.2滑動模態控制率的設計
為了消除變結構控制給系統帶來的抖動，必須選取合適的增益常數[5]。在本文中，為了得到恰當的增益數值，采用了指數趨近律：s=εsgn(s)+ks來確定增益常數。通過對控制率參數ε和k的調整，使系統能夠盡可能的快速到達滑模面，從而保證系統的穩定性與動態品質。
令α-β書坐標軸下異步電機的給定電壓滿足：
由李雅普諾夫穩定性理論知識，此時令該系統的李雅普諾夫函數為：
若系統可以返回滑模面，那么李雅普諾夫函數的導數滿足υ<0，即：
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