基于分数阶理论的PMSM自适应预定义时间复合滑模控制

《IEEE Transactions on Transportation Electrification》：Adaptive Predefined-Time Compound Sliding Mode Control Based on Fractional-Order Theory for PMSM

基于自适应预设时间分数阶滑模控制与扰动观测器的永磁同步电机伺服系统研究。提出动态调节收敛速率的改进滑模控制策略，结合分数阶滑模表面抑制抖振，并构建预设时间稳定性证明。设计扰动观测器实现前馈补偿，实验验证了快速稳态、高精度控制、瞬态响应优异及强抗扰性能。

　　

摘要：

本文提出了一种改进的自适应预定义时间分数阶滑模控制（PTFOSMC）方法，该方法结合了预定义时间扰动观测器（PTDO），用于永磁同步电机（PMSM）伺服系统。首先，为了实现快速且精确的位置控制，提出了一种改进的滑模控制（SMC）策略，并采用了自适应预定义时间到达律（APRL），其收敛速率可以动态调节。同时，收敛时间的上限直接等于一个可调参数。其次，为了进一步抑制抖振，提出了一种分数阶滑模面，保证了控制信号的连续性和非奇异性。此外，还证明了所提出的PTFOSMC具有预定义时间的稳定性。另外，设计了一个PTDO来估计集中扰动，用于前馈补偿。实验结果表明，该方法能够快速实现系统稳定，同时保持高控制精度、快速瞬态响应和强大的抗扰性能。

引言

由于永磁同步电机（PMSM）具有高效、高功率密度和高可靠性，已被广泛应用于纯电动汽车和混合动力汽车[1]、机器人[2]、航空航天[3]以及其他工业领域。高性能伺服系统通常采用磁场定向矢量控制，而位置控制、速度控制和电流控制分别采用PI控制算法。尽管PI控制具有良好的稳态性能，但在电机参数不确定性和外部扰动的情况下，其瞬态性能和控制精度可能无法满足高性能要求。近年来，已经开发出多种先进的控制方法来满足高性能需求，如滑模控制（SMC）[4]、[5]、自适应控制[6]、主动扰动抑制控制[7]和模型预测控制[8]。