张袅娜，许祥军，林晓梅(1长春工业大学电气学院，长春130012；2吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室，长春130012)摘要：针对传统永磁同步电机直接转矩控制(DTc)中存在的磁链和转矩脉动较大、低速时难以准确控制等问题，根据永(磁同步电机的数学模型，结合二阶滑模和直接转矩控制思想，提出了基于二阶滑模速度控制器的永磁同步电机直接转矩控制系统。仿真结果表明，与传统的PI控制相比，二阶滑模的速度控制器对系统参数和外部于扰表现较强的鲁棒性，能够在有限时间内收敛，且消弱了常规滑模控制中存在的抖振，整个系统的控制效果也得到了很大改善。
　　关键词：二阶滑模；直接转矩控制；永磁同步电机
     中图分类号：TM341；TM351    文献标志码：A    文章编号：100l 6848(2010)lO一0033—03
O  引  言
       交流永磁同步电动机(PMsM)以结构简单、运行可靠、转短／重量比高、损耗小等显着特点，逐步取代传统直流伺服电机，随着电力电子技术的发展、永磁电机研究开发经验的成熟，PMsM被广泛应用于工业、民用、军事等领域，直接转矩控制(DirecfToque ctlnfr01，DTc)以其控制方式简单、转矩响应快、对系统内部参数摄动和外部干扰鲁棒性强等优点在永磁同步电机控制中的得到了广泛应用{1-3}，但也存在转矩、磁链脉动问题，低速运转时表现更为明显{4}。在速度环控制中，通常采用PI控制器，PI控制器具有结构简单，控制算法易实现等优点，但存在超调，对系统参数依赖性强，鲁棒性差，抗负载扰动能力很有限等缺点，降低了系统的控制性能，并且很难满足高精度控制系统的要求。
　　文献[5]采用模糊自适应控制器作为速度调节器，使系统的响应速度加快，鲁棒性增强，但是进行在线模糊推理的计算工作量大，难以实时控制。
　　滑模变结构控制对系统参数摄动和外界扰动具有完全的鲁棒性，在电机调速领域已开始广泛使用，文献[6]已将滑模变结构控制应用于永磁同步电机直接转矩控制，采用线性滑模LsM(L，near slidtngMode)，系统状态与给定轨迹之间的偏差以指数形式渐近收敛，而且存在着抖振，虽然采取了指数优化趋近率，但是不能从根本上抖振，本文将二阶滑　　模转速控制器”。应用于永磁同步电机调速系统的直接转矩控制巾，系统状态在有限时间内就能收敛至平衡点，突破了普通滑模变结构在线性滑动平面条件下的状态渐近收敛的特性，提高控制精度，降低增益，且具有更好的鲁棒性能，在复杂高性能交流伺服系统中有很好的应用前景。仿真结果表明，与传统的lJI控制相比，这种基于二阶滑模转速控制器直接转矩控制系统具有传统直接转矩控制的转矩快速响应特征，同时具有对系统参数摄动、外干扰、测量误差以及测量噪声鲁棒性强的优点，有效地改善了系统的动、静态运行性能。
1永磁同步电机数学模型
   /假设永磁同步电机具有正弦反电势，电流为对称的三相正弦波电流，磁路线性且不考虑磁路饱和，不计电动机的涡流和磁滞损耗，转子上不存在阻尼绕组，永磁材料的电导率为零，可以得到永磁同步电机在转子旋转同步坐标系dq的数学模型如下式。

2二阶滑模的转速环控制器设计
   转速环控制器的控制目标是精确跟踪速度给定，对外界负载扰动以及摩擦阻力等参数摄动具有完全鲁捧性，输出平滑的转矩给定信号Te.由于传统的依据电机模型的控制策略如PID，已经很难满足高精度控制系统的要求，本文采用二阶滑模控制策略实现电机的转速控制。令速度给定信号为w，假设w足够平滑，几乎处处具有2阶连续导数，定义误差状态：

3控制系统仿真模型及结果

4结论
    本文在永磁同步电机数学模型和直接转矩控制原理的配套上基础，设计了基于二阶滑模的转速控制器，取代了传统直接转矩控制中的PI控制器，利用Mat—lab／simulink进行了深入的仿真分析及应用，仿真结果表明，与采用传统H控制器相比，转速没有超调，在有限时间内能够精确跟随速度给定，对转矩突变表现出极强的鲁棒性，转矩抖动削弱，提高了系统的稳态性能，因此适用于要求转矩快速响应的伺服及传动系统。