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開關磁阻電機的滑模變結構控制
是20世紀80年代興起的一種新型調速系統(tǒng)，它是將電機技術、電力電子技術和控制技術合為一體的新型調速驅動系統(tǒng)。開關磁組電機SRM（SwitchedReluctanceMotor）與傳統(tǒng)直流、交流電機相比，具有結構簡單、運行可靠、效率高等優(yōu)點。
但是，由于開關磁阻電機的雙凸極結構，磁場分布嚴重非線性。繞組電流的非正弦與磁通密度的高飽和是SRM運行的2個特點。這種非線性結構給SRM的控制器設計帶來難度，使用經(jīng)典線性的控制思想設計的控制器，如比例積分PI（Proportional-Integral）控制等，己經(jīng)不能滿足要求了。
Slidingmode）在電機調速系統(tǒng)中的應用日益普遍。它既可以用于線性系統(tǒng)，也可以用于非線性系統(tǒng)。滑模變結構的一大優(yōu)點是其滑動模態(tài)對系統(tǒng)所受的干擾及系統(tǒng)參數(shù)的非線性具有較好的自適應性和魯棒性。
將VSS應用于SRD中，這種控制方法在動態(tài)條件下能避開參數(shù)對電機動態(tài)性能的影響，并對外界的干擾不敏感。而且在無需知道電機精確模型的情況下可有效克服轉矩脈動。
1VSS原理變結構控制可以分為2類：一類是不產生滑動模態(tài)的控制，另一類是產生滑動模態(tài)的控制。所謂滑動模態(tài)就是通過不間斷地來回切換控制量，系統(tǒng)總是電力自動化設備bookmark2滑?？刂频南嘬壽E圖約束在切換面上，然后系統(tǒng)的狀態(tài)變量自動地滑到原點。目前研究較多的是滑模變結構控制。
以二階系統(tǒng)為例，是滑?？刂频南到y(tǒng)相軌跡圖。設系統(tǒng)狀態(tài)變量為給定值與反饋值之間的偏差，而狀態(tài)變量x2為的導數(shù)，則中的原點就是系統(tǒng)狀態(tài)變量的終點。
開關線由這些狀態(tài)變量構成，它確定了狀態(tài)到達終點的路徑。設開關線為Ssc+c.在系統(tǒng)狀態(tài)變量從起始點A運動碰到開關面（S=0）之前的AB段為線性控制，控制回路的結構維持固定，然后控制回路的結構被自適應地調整變化，使系統(tǒng)狀態(tài)沿著開關線一直滑動到終點C，即BC段為滑?？刂啤＿@種結構的變化通過開關的作用實現(xiàn)，其中與各狀態(tài)有關的反饋系數(shù)自適應地變化。在滑動時系統(tǒng)的狀態(tài)軌跡由開關面的參數(shù)確定，因此對系統(tǒng)控制對象的參數(shù)波動變得不敏感。
VSS所要解決的基本問題如下：滿足可達性條件，切換線以外任意狀態(tài)點都將于有限時間內到達切換線；2開關磁阻電機的離散VSS設計VSS在理論上，主要是針對連續(xù)系統(tǒng)模型。因為只有理想的連續(xù)VSS，才可由具有切換邏輯的變結構控制產生等效滑?？刂?。然而，實際工作中，進行仿真研究與計算機實時控制均為離散系統(tǒng)。所以離散系統(tǒng)變結構控制的研究與設計，就成為變結構控制理論與應用的一個重要組成部分。
2.1建立系統(tǒng)狀態(tài)方程開關磁阻電機的調速系統(tǒng)有速度環(huán)和電流環(huán)2個環(huán)，本文只是在速度環(huán)采用了變結構控制。
已知系統(tǒng)的機械運動方程為數(shù)；Tl為負載轉矩。
則可寫出系統(tǒng)的狀態(tài)方程為即線性函數(shù)，因此上式組成的系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)。
令14=隊可得：u寫成X=AX+Bu的形式，得：文1形如求出上面的矩陣并代入，可得：2.3選取切換函數(shù)設切換函數(shù)為由廣義滑模的存在性和可達性，可得約束條件：則離散化后需滿足：即S（k）>0S（k）<0若采用指數(shù)趨近率則有只要滿足上式條件，滑模運動的存在性和可達性就是滿足的。
2.4選擇控制率且代入可得：因此，實際的控制量為2.5等效控制及理想滑模運動的穩(wěn)定性系統(tǒng)在開關線上的運動稱為理想滑模運動。此時有199‘由于轉矩的導數(shù)項不能表示為狀態(tài)變：量的hhgHouse.Allrights十1）則理想滑模運動時的等效控制率為入因此，只要0<模運動就是穩(wěn)定的。
最后就是編寫程序實現(xiàn)上面的離散VSS的算法為負載恒定時的轉速、轉矩曲線，為負載變化時的轉速、轉矩曲線。由圖所示波形可知：無論負載是恒定還是變化，轉速總能跟隨且動態(tài)響應也很快?？梢娤到y(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)性能。
（a）轉速曲線（b）轉矩曲線負載恒定時的轉速、轉矩曲線通過實驗，可得出如下的結論：將滑模變結構控制應用于開關磁阻電機中，可以有效地抑制電機的轉矩脈動，并且當參數(shù)變化時仍能有較強的魯棒性以及較快的動態(tài)響應。
但是，由于開關磁阻電機的雙凸極結構，磁場分布嚴重非線性。繞組電流的非正弦與磁通密度的高飽和是SRM運行的2個特點。這種非線性結構給SRM的控制器設計帶來難度，使用經(jīng)典線性的控制思想設計的控制器，如比例積分PI（Proportional-Integral）控制等，己經(jīng)不能滿足要求了。
Slidingmode）在電機調速系統(tǒng)中的應用日益普遍。它既可以用于線性系統(tǒng)，也可以用于非線性系統(tǒng)。滑模變結構的一大優(yōu)點是其滑動模態(tài)對系統(tǒng)所受的干擾及系統(tǒng)參數(shù)的非線性具有較好的自適應性和魯棒性。
將VSS應用于SRD中，這種控制方法在動態(tài)條件下能避開參數(shù)對電機動態(tài)性能的影響，并對外界的干擾不敏感。而且在無需知道電機精確模型的情況下可有效克服轉矩脈動。
1VSS原理變結構控制可以分為2類：一類是不產生滑動模態(tài)的控制，另一類是產生滑動模態(tài)的控制。所謂滑動模態(tài)就是通過不間斷地來回切換控制量，系統(tǒng)總是電力自動化設備bookmark2滑?？刂频南嘬壽E圖約束在切換面上，然后系統(tǒng)的狀態(tài)變量自動地滑到原點。目前研究較多的是滑模變結構控制。
以二階系統(tǒng)為例，是滑?？刂频南到y(tǒng)相軌跡圖。設系統(tǒng)狀態(tài)變量為給定值與反饋值之間的偏差，而狀態(tài)變量x2為的導數(shù)，則中的原點就是系統(tǒng)狀態(tài)變量的終點。
開關線由這些狀態(tài)變量構成，它確定了狀態(tài)到達終點的路徑。設開關線為Ssc+c.在系統(tǒng)狀態(tài)變量從起始點A運動碰到開關面（S=0）之前的AB段為線性控制，控制回路的結構維持固定，然后控制回路的結構被自適應地調整變化，使系統(tǒng)狀態(tài)沿著開關線一直滑動到終點C，即BC段為滑?？刂啤＿@種結構的變化通過開關的作用實現(xiàn)，其中與各狀態(tài)有關的反饋系數(shù)自適應地變化。在滑動時系統(tǒng)的狀態(tài)軌跡由開關面的參數(shù)確定，因此對系統(tǒng)控制對象的參數(shù)波動變得不敏感。
VSS所要解決的基本問題如下：滿足可達性條件，切換線以外任意狀態(tài)點都將于有限時間內到達切換線；2開關磁阻電機的離散VSS設計VSS在理論上，主要是針對連續(xù)系統(tǒng)模型。因為只有理想的連續(xù)VSS，才可由具有切換邏輯的變結構控制產生等效滑?？刂?。然而，實際工作中，進行仿真研究與計算機實時控制均為離散系統(tǒng)。所以離散系統(tǒng)變結構控制的研究與設計，就成為變結構控制理論與應用的一個重要組成部分。
2.1建立系統(tǒng)狀態(tài)方程開關磁阻電機的調速系統(tǒng)有速度環(huán)和電流環(huán)2個環(huán)，本文只是在速度環(huán)采用了變結構控制。
已知系統(tǒng)的機械運動方程為數(shù)；Tl為負載轉矩。
則可寫出系統(tǒng)的狀態(tài)方程為即線性函數(shù)，因此上式組成的系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)。
令14=隊可得：u寫成X=AX+Bu的形式，得：文1形如求出上面的矩陣并代入，可得：2.3選取切換函數(shù)設切換函數(shù)為由廣義滑模的存在性和可達性，可得約束條件：則離散化后需滿足：即S（k）>0S（k）<0若采用指數(shù)趨近率則有只要滿足上式條件，滑模運動的存在性和可達性就是滿足的。
2.4選擇控制率且代入可得：因此，實際的控制量為2.5等效控制及理想滑模運動的穩(wěn)定性系統(tǒng)在開關線上的運動稱為理想滑模運動。此時有199‘由于轉矩的導數(shù)項不能表示為狀態(tài)變：量的hhgHouse.Allrights十1）則理想滑模運動時的等效控制率為入因此，只要0<模運動就是穩(wěn)定的。
最后就是編寫程序實現(xiàn)上面的離散VSS的算法為負載恒定時的轉速、轉矩曲線，為負載變化時的轉速、轉矩曲線。由圖所示波形可知：無論負載是恒定還是變化，轉速總能跟隨且動態(tài)響應也很快?？梢娤到y(tǒng)具有良好的動、靜態(tài)性能。
（a）轉速曲線（b）轉矩曲線負載恒定時的轉速、轉矩曲線通過實驗，可得出如下的結論：將滑模變結構控制應用于開關磁阻電機中，可以有效地抑制電機的轉矩脈動，并且當參數(shù)變化時仍能有較強的魯棒性以及較快的動態(tài)響應。
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