永磁同步电机控制算法：基于Super-Twisting滑模控制的DTC-SVM
永磁同步电机控制算法：基于Super-Twisting滑模控制的DTC-SVM
永磁同步电机（PMSM）因其高效率、高功率密度和高精度控制特性，在工业自动化、电动汽车等领域得到广泛应用。本文将介绍一种基于Super-Twisting滑模控制的DTC-SVM控制算法，该算法通过优化磁链和转矩调节器，有效解决了传统控制方法中常见的超调量大和转矩响应慢的问题。
一、原理介绍
针对永磁同步电动机调速系统产生超调量大和转矩响应慢的问题，采用Super-Twisting滑模的控制方式设计磁链调节器和转矩调节器，减小超调量和加快转矩响应时间。
高阶滑模控制与传统的滑模控制不同，但又扩展了传统滑模控制，将不连续的变量应用在高阶系统上，不仅可以较好地继承了传统滑模在控制上算法简单、鲁棒性强的优点，还对滑模控制产生的抖振起到有效的抑制。二阶滑模是高阶滑模中比较典型的一种方式。在考虑电机控制系统以及控制律复杂性时，电机调速系统通常采用二阶滑模。
Super-Twisting算法是滑模变结构的一种二阶控制方案，包含了一个不连续滑动变量函数和一个连续的积分函数，在收敛时的滑模面附近能够很好地抑制抖振。
二、仿真模型
在MATLAB/Simulink里面验证所提算法，采用和实验中一致的控制周期1e-4，电机部分计算周期为5e-7。仿真模型如下所示：
仿真工况：初始给定转速为1000rpm，0.5s施加阶跃额定负载转矩。
2.1 给定转速与实际转速
2.2 电磁转矩
2.3 给定定子磁链与实际定子磁链
这种坐标变换解耦并不好，导致Te变化影响了定子磁链的变化，但是很快就能恢复跟踪。相比于传统DTC，磁链波动已经非常小了。
2.4 给定电磁转矩与实际电磁转矩
从转矩波形中可以看出，存在较小的高频波动，这是由于滑模控制中存在的滑模抖振，相比于传统SMC抖振现象已经非常小了，和采用PI调节器的效果基本一致，主要是由于Super-Twisting中的比例项造成，可以进一步减小比例项，但会导致滑模的相应速度下降。滑模抖振主要存在在输出电压中，但由于电机是个阻感电路，幅值较小的高频电压得到有效的抑制，电流上出现的高频波动已经很小了。
2.5 磁链相图
磁链相图总体来看保持一个圆形，其中波动的部分主要是由于电机启动过程结束和加载时候定子磁链波动造成的，对电机控制本身影响并不大。
2.6 三相电流
三相电流正弦度已经很好了，说明电压电流比较平滑，侧面证明了转矩和磁链的波动较小。