本发明涉及永磁同步电机的控制，尤其涉及基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法及系统。
背景技术：
1、由于永磁同步电机具有功率密度高、电能损失少和可靠性高等优点，广泛应用于电动汽车、数控机床和机器人伺服控制等领域。因此，实现强鲁棒性和高精度的永磁同步电机速度控制成为了如今研究的热点。然而，在实际的永磁同步电机驱动系统中，外部负载转矩和模型不确定性引起的非周期性扰动降低了系统的稳定性，周期性的转矩脉动引起的速度脉动降低了系统的控制精度。目前，针对永磁同步电机驱动系统中存在的非周期性扰动，广泛应用的策略为采用扰动观测器对系统的总扰动进行观测并补偿，如龙伯格观测器，扩张状态观测器和滑模观测器等。其中，滑模观测器由于其应用简单和鲁棒性强而具有特别的优势，并且已成功地应用于各类系统中。然而，传统的滑模观测器只能对非周期性扰动进行观测，不能有效衰减周期性的速度脉动。
2、为了克服这些缺陷，本申请提出了基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法及系统。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法及系统，旨在解决传统滑模观测器不能衰减周期性速度脉动的问题。
2、为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
3、本申请提供基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法，包括：
4、建立永磁同步电机的受扰运动学方程；
5、根据所述永磁同步电机的受扰运动学方程，建立基于非线性谐振控制的滑模观测器；
6、基于所述永磁同步电机的机械角速度误差，建立误差反馈控制律；
7、通过所述滑模观测器总扰动的观测值，补偿至所述误差反馈控制律，得到参考电流。
8、进一步的，所述程建立永磁同步电机的受扰运动学方程的步骤中，具体包括下述步骤：
9、永磁同步电机的初始运动学方程为：
10、
11、其中ωm为永磁同步电机的机械角速度；为机械角速度的微分；j为转动惯量；te为电磁转矩；b为粘性摩擦系数；tl为外部负载转矩；
12、基于非周期性扰动和周期性的转矩脉动，所述初始运动学方程改写为：
13、
14、其中j0、kt0、b0分别为标称的转动惯量、电磁转矩和粘性摩擦系数；δj＝j-j0、δkt＝kt-kt0、δb＝b-b0分别为错配的转动惯量，电磁转矩和粘性摩擦系数；th＝t6cos(6θe+θ6)为周期性的转矩脉动，t6为转矩脉动的幅值，θe为电机的电角度，θ6为转矩脉动的相角；iq为q轴的定子电流；
15、则永磁同步电机的受扰运动学方程为：
16、
17、其中为包括非周期性扰动和转矩脉动引起的周期性扰动的总扰动。
18、进一步的，所述根据所述永磁同步电机的受扰运动学方程，建立基于非线性谐振控制的滑模观测器的步骤中，具体包括下述步骤：
19、基于非线性谐振控制的滑模观测器设计为：
20、
21、其中和分别为机械角速度、总扰动和周期性扰动的估计值；为机械角速度观测误差；为滑模函数；ρ<0为观测器增益；ωc、kr和ωh分别为截止频率、谐振增益和谐振频率；r为谐振积分项，为反正切函数，a和n为反正切函数的可调参数。
22、进一步的，所述滑模函数是由所述永磁同步电机的受扰运动学方程与所述滑模观测器相减得到的，进而得到机械角速度观测误差的微分方程为：
23、
24、其中为总扰动观测误差。
25、进一步的，在所述基于非线性谐振控制的滑模观测器中还包括：
26、定义所述滑模观测器的滑模面为：
27、
28、其中k1>0为滑模面的积分增益；
29、对滑模面的等号两侧求导，得到：
30、
31、定义所述滑模观测器的滑模趋近律为
32、
33、其中k2>0为趋近律的指数增益；η>0为切换增益；为符号函数；
34、将滑模趋近律代入求导后的滑模面中，得到滑模函数为：
35、
36、进一步的，所述基于所述永磁同步电机的机械角速度误差，建立误差反馈控制律的步骤中，具体包括下述步骤：
37、定义永磁同步电机的机械角速度参考为则机械角速度跟踪误差为采用误差反馈控制律：
38、
39、其中kp为比例系数。
40、进一步的，所述通过所述滑模观测器总扰动的观测值，补偿至所述误差反馈控制律，得到参考电流的步骤中，具体包括下述步骤：
41、根据所述滑模观测器的总扰动d估计为将总扰动的观测值补偿至所述误差反馈控制律，得到参考电流：
42、
43、其中为q轴参考电流。
44、本申请提供基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制系统，包括：
45、建立模块：建立永磁同步电机的受扰运动学方程；根据所述永磁同步电机的受扰运动学方程，建立基于非线性谐振控制的滑模观测器；基于所述永磁同步电机的机械角速度误差，建立误差反馈控制律；
46、控制模块：通过所述滑模观测器总扰动的观测值，补偿至所述误差反馈控制律，得到参考电流。
47、本申请提供一种设备，所述设备包括处理器、与所述处理器耦接的存储器，其中，所述存储器存储有用于实现基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法的程序指令；所述处理器用于执行所述存储器存储的所述程序指令以实现基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制。
48、本申请提供一种存储介质，存储有处理器可运行的程序指令，所述程序指令用于执行基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法。
49、本申请提供了基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法及系统，具有以下有益效果：
50、本申请通过将谐振控制技术嵌入到滑模观测器的设计中，使其即能有效抑制非周期性扰动，同时能够有效衰减周期性的速度脉动，解决了传统滑模观测器不能抑制周期性扰动的难题；其次，将非线性的反正切函数应用到谐振控制中，有效地解决了传统谐振控制方法在系统动态过程中存在的积分饱和问题对系统动态性能的负影响，实现了永磁同步电机强鲁棒性和高精度的速度控制。
1.基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，所述建立永磁同步电机的受扰运动学方程的步骤中，具体包括下述步骤：
3.根据权利要求1所述的基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，所述根据所述永磁同步电机的受扰运动学方程，建立基于非线性谐振控制的滑模观测器的步骤中，具体包括下述步骤：
4.根据权利要求3所述的基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，所述滑模函数是由所述永磁同步电机的受扰运动学方程与所述滑模观测器相减得到的，进而得到机械角速度观测误差的微分方程为：
5.根据权利要求3所述的基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，在所述基于非线性谐振控制的滑模观测器中还包括：
6.根据权利要求1所述的基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，所述基于所述永磁同步电机的机械角速度误差，建立误差反馈控制律的步骤中，具体包括下述步骤：
7.根据权利要求1所述的基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，所述通过所述滑模观测器总扰动的观测值，补偿至所述误差反馈控制律，得到参考电流的步骤中，具体包括下述步骤：
8.一种根据权利要求1所述的基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法的系统，其特征在于，包括：
9.一种设备，其特征在于，所述设备包括处理器、与所述处理器耦接的存储器，其中，所述存储器存储有用于实现权利要求1-7任一项所述的基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法的程序指令；所述处理器用于执行所述存储器存储的所述程序指令以实现基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制。
10.一种存储介质，其特征在于，存储有处理器可运行的程序指令，所述程序指令用于执行权利要求1-7任一项所述的基于新型滑模观测器的永磁同步电机速度控制方法。
