一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法，涉及伺服系统高精度控制的技术领域；具体步骤如下：步骤一、d轴时变估算步骤，通过伺服系统的d轴电压时变方程和d轴时变估算方程得到d轴时变的估算值；步骤二、q轴时变估算步骤，通过伺服系统的q轴电压时变方程和q轴时变估算方程得到q轴时变的估算值；步骤三、d轴耦合预测步骤，利用步骤一得到的d轴时变的估算值并作为内置补偿，在此基础上设计d轴耦合预测方程，用以计算d轴给定电压；步骤四、q轴耦合预测步骤，利用步骤二得到的q轴时变的估算值并作为内置补偿，在此基础上设计q轴耦合预测方程，用以计算q轴给定电压。本发明专利技术提高了伺服系统弱磁控制的稳态控制性能和抗干扰性能。

A New Nonlinear Magnetic Weakening Control Method for Servo System

The invention discloses a new type of non-linear magnetic weakening control method for servo system, which relates to the technical field of high precision control of servo system. Specific steps are as follows: step 1, d-axis time-varying estimation step, d-axis time-varying estimation value is obtained through d-axis voltage time-varying equation and d-axis time-varying estimation equation of servo system; step 2, q-axis time-varying estimation step, through q-axis voltage of servo system. The time-varying equation and the q-axis time-varying estimation equation get the estimation value of q-axis time-varying; step 3, d-axis coupling prediction step, using the estimated value of d-axis time-varying obtained in step 1 as built-in compensation, based on which the d-axis coupling prediction equation is designed to calculate the given voltage of d-axis; step 4, q-axis coupling prediction step, using the estimated value of q-axis time-varying obtained in step 2 as internal compensation. On the basis of compensation, a coupled prediction equation of q-axis is designed to calculate the given voltage of q-axis. The invention improves the steady-state control performance and anti-interference performance of the weak magnetic control of the servo system.

【技术实现步骤摘要】
一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法
本专利技术涉及伺服系统高精度控制的
，特别是一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法。
技术介绍
伺服系统的弱磁控制框架区别于传统的id＝0控制框架，由于其调速范围大和输出转矩大的优良性能，弱磁控制框架目前已经广泛应用于机器人、新能源飞轮储能和电动汽车等新
id＝0控制框架是目前理论研究非常成熟，工程应用十分广泛的一种伺服系统控制框架；而弱磁控制框架是一种相对较新的控制框架，其理论研究和工程应用虽然相对还不成熟，其理论研究和工程应用还有待科研人员和工程师去不断完善。总的来说，id＝0控制框架具有结构简单，d、q轴电流耦合相对较小的优点，但同时也有调速范围相对窄，输出转矩相对小的缺点；而弱磁控制框架具有相对较宽的调速范围和相对较大的输出转矩，但该控制框架下，d、q轴电流耦合相对较大，非线性更强，因此弱磁控制框架相对于id＝0控制框架而言对闭环控制方法本身提出了更高的要求。传统伺服系统的弱磁控制存在稳态控制性能和抗干扰性能的不足。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法，本专利技术提高了伺服系统弱磁控制的稳态控制性能和抗干扰性能。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本专利技术提出的一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法，包括以下步骤：步骤一、d轴时变估算步骤：通过伺服系统的d轴电压时变方程和d轴时变估算方程得到d轴时变pd的估算值步骤二、q轴时变估算步骤：通过伺服系统的q轴电压时变方程和q轴时变估算方程得到q轴时变pq的估算值步骤三、d轴耦合预测步骤：利用步骤一得到的d轴时变的估算值并作为内置补偿，在此基础上设计d轴耦合预测方程，用以计算d轴给定电压步骤四、q轴耦合预测步骤：利用步骤二得到的q轴时变的估算值并作为内置补偿，在此基础上设计q轴耦合预测方程，用以计算q轴给定电压作为本专利技术所述的一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法进一步优化方案，步骤一所述的d轴电压时变方程为其中，id为d轴电流，iq为q轴电流，Ld为d轴标称电感，Lq为q轴标称电感，ud为d轴电压，np为极对数，ω为角速度，Rs为定子电阻，pd为d轴电感时变、q轴电感时变和定子电阻时变引起的d轴时变，t为时间。作为本专利技术所述的一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法进一步优化方案，步骤一所述的d轴时变估算方程具体为其中，z1、z2、z3、z4均为中间变量，m为可调的参数，·为求导运算，z1为d轴时变估算中间变量1，z2为d轴时变估算中间变量2，z3为d轴时变估算中间变量3，z4为d轴时变估算中间变量4。作为本专利技术所述的一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法进一步优化方案，步骤一所述的d轴时变的估算值具体为即d轴时变估算方程的d轴时变估算中间变量2为d轴时变的估算值。作为本专利技术所述的一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法进一步优化方案，步骤二所述的q轴电压时变方程为其中，uq为q轴电压，ψf为转子磁链，pq为d轴电感时变、q轴电感时变、转子磁链时变和定子电阻时变引起的q轴时变。作为本专利技术所述的一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法进一步优化方案，步骤二所述的q轴时变估算方程具体为其中，y1、y2、y3、y4均为中间变量，n为可调的参数，·为求导运算，y1为q轴时变估算中间变量1，y2为q轴时变估算中间变量2，y3为q轴时变估算中间变量3，y4为q轴时变估算中间变量4。作为本专利技术所述的一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法进一步优化方案，步骤二所述的q轴时变的估算值具体为即q轴时变估算方程的q轴时变估算中间变量2为q轴时变的估算值。作为本专利技术所述的一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法进一步优化方案，步骤三所述的d轴耦合预测方程具体为其中，T为采样周期，为d轴电流给定值，为d轴电流给定值的导数，为d轴时变的估算值，同时也是d轴耦合预测方程的内置补偿项，上述d轴耦合预测方程即为内置补偿的d轴耦合预测方程，通过该方程即得到d轴给定电压作为本专利技术所述的一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法进一步优化方案，步骤四所述的q轴耦合预测方程具体为其中，为q轴电流给定值，为q轴电流给定值的导数，为q轴时变的估算值，同时也是q轴耦合预测方程的内置补偿项，上述q轴耦合预测方程即为内置补偿的q轴耦合预测方程，通过该方程即得到q轴给定电压作为本专利技术所述的一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法进一步优化方案，步骤一和步骤二分别解决了d轴时变和q轴时变的问题；步骤三和步骤四得到的d轴给定电压和q轴给定电压分别是d轴控制律和q轴控制律，从而实现了新型非线性弱磁控制方法。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：(1)形式简单，容易实现；本专利技术的弱磁控制方法通过DSP编程就很容易在伺服系统软件中实现；(2)稳态控制性能更好；本专利技术的d轴耦合预测方程和q轴耦合预测方程中包括了对耦合非线性的处理；通过这样的处理获得了比传统弱磁控制方法更好的稳态控制性能；附图2中可以明显看出，本专利技术方法得到的q轴电流(虚线所示)没有稳态误差，而利用传统方法得到的q轴电流(点线所示)有稳态误差；(3)抗干扰性能更好；本专利技术实时估算了d轴时变和q轴时变，并同时在d轴耦合预测方程和q轴耦合预测方程中内置补偿；通过这样的处理获得了比传统弱磁控制方法更好的抗干扰性能；附图2中可以明显看出，在0.05秒加入干扰后，时本专利技术(虚线所示)消除干扰影响更快，而传统方法(点线所示)消除干扰影响要慢得多。附图说明图1是本专利技术的结构图。图2是本专利技术的有益效果说明图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本专利技术进行详细描述。本专利技术从提高弱磁控制的稳态控制性能和抗干扰性能角度出发，提出一种基于时变估算和耦合预测的伺服系统新型非线性弱磁控制方法，相对于传统弱磁控制方法有效提高稳态控制性能和抗干扰性能。图1、图2中涉及到的说明书中未详细说明的字母或变量均为本领域内公知，故不再重复定义。本专利技术具体为一种基于耦合预测和内置补偿的伺服系统新型非线性弱磁控制方法，结构图如图1所示，包括以下步骤：步骤一：d轴时变估算步骤。通过伺服系统的d轴电压时变方程和本专利技术所设计的d轴时变估算方程得到d轴时变pd的估算值步骤二：q轴时变估算步骤。通过伺服系统的q轴电压时变方程和本专利技术所设计的q轴时变估算方程得到q轴时变pq的估算值步骤三：d轴耦合预测步骤。利用步骤一得到的d轴时变的估算值并作为内置补偿，在此基础上设计d轴耦合预测方程，用以计算d轴给定电压步骤四：q轴耦合预测步骤。利用步骤二得到的q轴时变的估算值并作为内置补偿，在此基础上设计q轴耦合预测方程，用以计算q轴给定电压其中步骤一和步骤二分别解决了d轴时变和q轴时变的问题；步骤三得到的d轴给定电压和q轴给定电压分别是d轴控制律和q轴控制律，实现了新型非线性弱磁控制方法。为了说明本专利技术的具体实施方式，下面结合MatlabR2014a软件进行阐述。仿真伺服系统参数设置为：定子电阻Rs为1.74Ω；极对数nP为4；d轴电感Ld为3.5mH；转子磁链为0.1267Wb；q轴电感Lq为4mH；额定电流为4.5A；额定转速为3000rpm，电流环控制周期为100μs。首先，按照步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、d轴时变估算步骤：通过伺服系统的d轴电压时变方程和d轴时变估算方程得到d轴时变pd的估算值

【技术特征摘要】
1.一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、d轴时变估算步骤：通过伺服系统的d轴电压时变方程和d轴时变估算方程得到d轴时变pd的估算值步骤二、q轴时变估算步骤：通过伺服系统的q轴电压时变方程和q轴时变估算方程得到q轴时变pq的估算值步骤三、d轴耦合预测步骤：利用步骤一得到的d轴时变的估算值并作为内置补偿，在此基础上设计d轴耦合预测方程，用以计算d轴给定电压步骤四、q轴耦合预测步骤：利用步骤二得到的q轴时变的估算值并作为内置补偿，在此基础上设计q轴耦合预测方程，用以计算q轴给定电压2.根据权利要求1所述的一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法，其特征在于，步骤一所述的d轴电压时变方程为其中，id为d轴电流，iq为q轴电流，Ld为d轴标称电感，Lq为q轴标称电感，ud为d轴电压，np为极对数，ω为角速度，Rs为定子电阻，pd为d轴电感时变、q轴电感时变和定子电阻时变引起的d轴时变，t为时间。3.根据权利要求2所述的一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法，其特征在于，步骤一所述的d轴时变估算方程具体为其中，z1、z2、z3、z4均为中间变量，m为可调的参数，·为求导运算，z1为d轴时变估算中间变量1，z2为d轴时变估算中间变量2，z3为d轴时变估算中间变量3，z4为d轴时变估算中间变量4。4.根据权利要求3所述的一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法，其特征在于，步骤一所述的d轴时变的估算值具体为即d轴时变估算方程的d轴时变估算中间变量2为d轴时变的估算值。5.根据权利要求3所述的一种伺服系统新型非线性弱磁控制方法，其特征在于，步骤二所述的q轴电压时变方程为其中，uq...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊，吴超，李奇，张璐，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32