一種基于積分滑模和擾動觀測器的電動自行車控制方法
【專利摘要】本發明公開一種基于積分滑模和擾動觀測器的電動自行車控制方法，包括設計積分滑模控制和擾動觀測器控制兩大部分。積分滑模控制包括滑模面的設計和滑模控制律的設計，目的是保證系統的閉環穩定性能；擾動觀測器用來觀測系統的外部擾動和參數變化，并作為前饋項引入閉環系統。本發明所設計的復合控制器能夠在電動自行車控制系統存在有界參數變化和負載擾動的情況下實現對電機的高性能速度跟蹤控制。通過仿真對比，本發明所提出的復合控制器能有效地減小滑模控制輸出的抖振，并具有良好的動、靜態特性和魯棒性。
【專利說明】一種基于積分滑模和擾動觀測器的電動自行車控制方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及交流伺服系統領域，尤其是一種基于積分滑模和擾動觀測器的電動自 行車控制方法。

【背景技術】
[0002] 永磁無刷直流電機以其結構簡單、運行可靠、維護方便、效率高、無勵磁損耗以及 調速性能好等諸多優點，廣泛應用于家用電器、儀器儀表、醫療器械等工業領域。
[0003] 由于無刷直流電機的控制性能易受到外部負載擾動、內部參數變化、對象未建模 和非線性動態特性等不確定性的影響。為了獲得良好的動態響應，一些先進控制策略如非 線性控制、自適應控制、H C?控制、滑模控制等相繼被引入到交流伺服系統的研究中。其中 滑模控制以其魯棒性強、響應快速、物理實現簡單等優點而得到研究人員的重視。
[0004] 滑模控制作為一種變結構控制方法，當系統運動狀態在滑模面上時，對系統參數 的不確定項以及外界干擾有著很強的魯棒性（王豐饒.滑模變結構控制[M].北京：科學出 版社，1998)。從20世紀90年代中期開始，先后有研究將滑模變結構控制應用到交流伺服系 統的控制中。為了進一步解決傳統滑模控制中存在的穩態誤差問題，可以在滑模面的設置 中引入積分項。滑模面中加入積分項可以讓系統穩態誤差減少、有效削弱抖振的效果、增強 控制器的穩定性（莊開宇.變結構控制理論若干問題研究及其應用：（博士學位論文）.杭 州：浙江大學，2002)。
[0005] 針對無刷直流電機的速度控制，現有技術所設置的積分滑模面S定義如下：

【權利要求】
1. 一種基于積分滑模和擾動觀測器的電動自行車控制方法，包括電機，其特征在于，包 括積分滑模控制器、擾動觀測器具體以下步驟： 1) 利用采樣電阻對電動自行車的母線電流ii進行采樣； 2) 通過霍爾傳感器獲得電動自行車電機的轉子位置并計算出電機實際速度ω ; 3) 利用速度給定值與步驟2)中電機實際運行速度ω的差值e(t)，構造積分滑 模面S; 4) 根據步驟3)中的積分滑模面S設置積分滑模轉速控制器進行轉速調節，從而得到電 流控制量i〇 ; 5) 根據步驟4)所得電流控制量Ici以及電機當前實際運行轉速ω來設置擾動觀測器， 估計電機外加擾動，并進行前饋補償，得到電流環電流給定值Γ ; 6) 對電流環的電流給定值Γ與實際輸出電流值i的差值進行PI調節處理，產生期望 電壓輸出值u，對上述等效電壓控制給定值u進行正弦波脈寬調制，結合霍爾傳感器得到的 電機當前位置產生PWM信號，利用所述PWM信號控制三相逆變器產生三相電壓信號，并利用 所述三相電壓信號控制電動自行車電機運行。
2. 如權利要求1所述一種基于積分滑模和擾動觀測器的電動自行車控制方法，其特征 在于，所述電機為無刷直流電機，該電機機械運動模型表示為：
J為電機的轉動慣量； np為電機的極對數； Vf為永磁體與定子交鏈的磁鏈； B為阻尼系數； T1為負載轉矩。
3. 如權利要求1所述一種基于積分滑模和擾動觀測器的電動自行車控制方法，其特征 在于，步驟4)中積分滑模面S具體為：
其中： e定義為速度給定值與電機實際轉速的差值；t定義為時間變量，系數c > 0。
4. 如權利要求3所述一種基于積分滑模和擾動觀測器的電動自行車控制方法，其特征 在于，所述積分滑模轉速控制器的模型為：
J為電機的轉動慣量； ω 為電機給定轉速； e為給定轉速與實際轉速的差； np為電機的極對數； Vf為永磁體與定子交鏈的磁鏈； d為系統集總擾動，包括外部干擾及系統參數不確定項擾動； J為擾動觀測器觀測的擾動； B定義為阻尼系數； sgn(S)為符號函數； k為切換增益,且J /六。
5.如權利要求1所述一種基于積分滑模和擾動觀測器的電動自行車控制方法，其特征 在于，步驟5)中的擾動觀測器采用非線性擾動觀測器，該擾動觀測器模型為：
其中：λ為非線性擾動觀測器極點。
【文檔編號】H02P6/06GK104393798SQ201410755884
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月10日 優先權日:2014年12月10日
【發明者】李世華, 谷偉, 王會明, 楊俊 , 顏赟達, 何碩彥, 王佐 申請人:東南大學