摘 要：通過將滑模變結構控制應用于永磁同步電機的直接轉矩控制，解決了傳統永磁同步電機直接轉矩控制中存在的磁鏈和轉矩脈動較大、逆變器開關頻率不恒定、低速時難以準確控制以及因轉矩脈動引起的高頻噪聲等問題，既保持了直接轉矩控制轉矩響應快速的優點，又保持了滑模變結構對系統參數攝動、外界干擾、測量誤差以及測量噪聲具有的魯棒性優點。仿真結果驗證了控制策略對永磁同步電機直接轉矩控制有一定參考意義。
關鍵詞：直接轉矩控制；轉矩脈動；滑模變結構控制；滯環調節器；永磁同步電動機
U 引言
同步電機直接轉矩控制以轉矩為直接控制對象，避開繁瑣的系統解耦，從而使系統的控制簡化和明了。直接轉矩控制是在靜止定子坐標系中計算同步電機磁鏈和轉矩，并與給定的磁鏈和轉矩進行比較來確定控制量，因而轉矩響應快，對外界的干擾和系統參數的攝動魯路棒性強，但存在著較大的磁鏈和轉矩脈動、逆變器開關頻率不恒定、低速時系統難以精確控制以及轉矩脈動引起的高頻噪聲等問題。本文在傳統直接轉矩控制的基礎上采用滑模變結構控制策略，較好地解決了磁鏈和轉矩脈動較大問題，而且計算量小、結構簡單，對控制量能進行很好地約束，并改善了系統的動態和穩態性能。
1 滑模變結構控制器設計滑模控制器的設計步驟一般是根據系統控制的要求尋找系統的切換函數S，然后根據滑模存在性和可達性以及滑模動態段的趨近率和靜動態特性要求來確定滑模變結構控制器的輸入函數。
根據直接轉矩控制以磁鏈和轉矩作為被控對象的特點，本文將磁鏈和轉矩的檢測值與給定值的差值作為切換函數，即：
根據永磁同步電機數學模型可得：
其中，
考慮到系統滑模運動段的趨近率，選擇指數趨近率比較合適，因為指數趨近率可使系統在啟動階段比較快的運行到切換面，而快接近切換面時則速度減小，過度較平緩，以免在切換面附近磁鏈和轉矩產生較大的波動。指數趨近率為：
根據式(2)有：
從而推得：
以驗證滑模的存在性和可達性。系統按廣義滑模考
由此推得系統滿足滑模存在性和可達性。系數ε1可以選比較小些，而K1可以選得比較大，以滿足系統在正常運動段運行快速而在滑模運動段運行較慢的特點，保證系統因快速動態響應而在滑模切換面附近產生較小的抖動。同理可選擇ε2和K2。
2抖動減小處理
由于系統存在著開關特性，即時間和空間滯后、系統慣性和狀態測量誤差、控制量受限等問題，滑模變結構控制系統實際上都是“準滑模"控制，抖動是在所難免的，只有采取措施減小抖動。
上述的趨近率就是一種減小抖動的方法。為了進一步減小抖動，將開關控制量用如下光滑連續函數近似代替：
式中，δ>O，是一個小正數。若δ選取過小，對抖動的減小不起明顯作用，過大則影響動態品質。
3 仿真研究
可以看出，采用滑模變結構控制的電機轉矩響應在4 N·m上下浮動O．1 N·m，而采用PI控制的電機轉矩響應在4 N·m上下浮動O．3 N·m，轉矩脈動量減少66％。
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