任凤娟

0 引言

随着永磁材料技术的不断发展和进步，永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor，PMSM)由于其具备多种独特的优势而被广泛应用于各种场合[1-5]。目前，对于PMSM控制而言，仍然采用比较成熟的矢量控制策略，且通常要准确地知道被控交流电机的参数。随着电机控制技术的发展，相比于矢量控制，直接转矩控制（Direct Torque Control，DTC）的出现在一定程度上解决了传统矢量控制所存在的缺点[6-8]。然而，传统的DTC技术存在低速时转矩脉动大的问题。为了解决这个问题，近些年来提出了许多新型的直接转矩控制系统，但大部分算法都是用在静止坐标系下[5-7]，而对旋转坐标系下的DTC研究较少。本文设计了一种基于新型直接转矩控制的PMSM控制系统，利用滑模变结构控制强鲁棒性特点，将变结构控制与直接转矩控制相结合，设计了一种旋转坐标系下PMSM变结构直接转矩控制系统。最后通过仿真验证了该算法具有较好的动静态性能。

1 永磁同步电机的数学模型

为了便于控制器的设计，首先给出d-q坐标系下PMSM的数学模型为[9-13]：

其中，udq，idq分别为d-q轴的定子电压和定子电流；Ls为定子电感；R为定子电阻；ψf为永磁体磁链；ωe为电机的电角速度。

为了便于控制器的设计，本节介绍一种同步旋转坐标系d-q下的矢量数学模型，表贴式PMSM的数学模型表达式可表示为：

此时，电磁转矩Te的表达式为：

其中，pn为电机的极对数。

2 变结构直接转矩控制器设计

2.1 二阶滑模变结构控制的基本原理

为了不失一般性，考虑单输入单输出非线性系统：