永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法技术方案

一种永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法，包括步骤：建立永磁同步电机在dq轴上的数学模型；确定永磁同步电机转速控制系统能够解耦线性化，并得到dq轴上的定子电压ud、uq；设定永磁同步电机转速控制系统的扰动为w1(t)和w2(t)；根据dq轴上的定子电压ud、uq及永磁同步电机转速控制系统的扰动w1(t)、w2(t)，构建永磁同步电机在d轴电流系统的二阶扩张状态观测器；构建永磁同步电机在转速子系统的三阶扩张状态观测器；构造永磁同步电机的参数可调模型，并得到使系统稳定的自适应率。本发明专利技术有效解决了永磁同步电机参数扰动偏差对转速控制系统的影响，提高了转速控制系统的自抗扰能力。

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法
本专利技术涉及控制系统
，尤其涉及一种永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法。
技术介绍
永磁同步电机由于非线性、多变量、强耦合的特点，加上其控制系统受电机参数摄动、负载扰动、对象未建模以及非线性动态等因素影响，使得获得高性能的永磁同步电机控制系统变得尤为困难，转速跟踪性能差。要想获得稳定性高、动态性能良好且控制精度高的永磁同步电机交流控制系统，其抗扰动性能的优良成为关键。因此，将自抗扰控制算法融入永磁同步电机交流控制系统成为近年来的研究热点。系统控制响应精度依赖准确的电机模型参数，系统运行过程须对参数扰动偏差予以充分考虑，建立自抗扰控制器需对实时摄动的电机内部参数值进行相关辨识，永磁同步电机参数在线辨识，包括最小二乘法、卡尔曼滤波法以及人工智能方法等，永磁同步电机参数在线辨识自适应度较低，自抗扰算法对电机内部参数摄动和外部负载扰动具有较低的鲁棒性，永磁同步电机转速控制系统的自抗扰能力较差，为解决以上问题，本专利技术提供了一种永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法，有效解决了永磁同步电机参数扰动偏差对转速控制系统的影响，提高了转速控制系统的自抗扰能力。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法，提高了转速控制系统的自抗扰能力。一种永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法，包括以下步骤：步骤1：建立永磁同步电机在dq轴上的数学模型；选定永磁同步电机转速控制系统的输入变量u、输出变量x和状态变量y；步骤2：确定永磁同步电机转速控制系统能够解耦线性化，并得到dq轴上的定子电压ud、uq；步骤3：设定永磁同步电机转速控制系统的扰动为w1(t)和w2(t)；步骤4：根据dq轴上的定子电压ud、uq及永磁同步电机转速控制系统的扰动w1(t)、w2(t)，构建永磁同步电机在d轴电流系统的二阶扩张状态观测器；步骤5：构建永磁同步电机在转速子系统的三阶扩张状态观测器；步骤6：构造永磁同步电机的参数可调模型，并得到使系统稳定的自适应率。优选地，所述步骤1中的永磁同步电机在dq轴上的数学模型为：式(1.1)中：id、iq为永磁同步电机dq轴上的定子电流，ud、uq为dq轴上的定子电压，L和rs为定子电感和电阻，ψf为转子给定磁链，ωr为转子角速度，TL为负载转矩，J为电机转动惯量；所述输入变量u、输出变量x和状态变量y为：优选地，所述步骤2具体包括：步骤2.1：结合公式(1.1)和公式(1.2)得到状态变量y的微分方程：由公式(2.2)中看出，式中不含输入变量u，对公式(2.2)进行求导，得到：步骤2.2：结合公式(2.1)和公式(2.3)，建立偏微分方程，得到矩阵A：根据公式(2.4)可得，关于矩阵A的值为：由公式(2.5)可知，矩阵A为非奇异矩阵，且矩阵A的秩为2；永磁同步电机转速控制系统的相对阶矩阵α为：α＝[α1α2]T＝[12]T(2.6)根据式(2.6)可得，该永磁同步电机转速控制系统存在逆系统，又有α1+α2＝3，3为正整数，则判定永磁同步电机转速控制系统能被解耦线性化；步骤2.3：将公式(2.1)和公式(2.2)相结合得到dq轴上的定子电压ud、uq；优选地，所述永磁同步电机转速控制系统的扰动为w1(t)和w2(t)；所述w1(t)和w2(t)为：优选地，所述二阶扩张状态观测器为：其中，ε1为d轴电流偏差，h1为电机d轴电流估计值，h2为系统扰动w1(t)跟踪信号。优选地，所述三阶扩张状态观测器为：其中，ε2为d轴角速度偏差，z1为电机转子角速度ωr的跟踪信号，z2为z1的微分，即角速度跟踪信号的微分，z3为系统扰动项w2(t)估计。优选地，所述步骤6具体包括：步骤6.1：根据公式(1.1)得到dq轴上以dq轴电流为状态变量的状态方程：定义则公式(6.1)转化为以下形式：px＝Ax+Bu+Cωr(6.2)其中，步骤6.2：假设电机转速ωr为已知量，构造参数可调模型为：其中，∧代表相应参数表达式对应的辨识值；步骤6.2：选择永磁同步电机转速控制系统可调模型的自适应率为比例积分形式，得到永磁电机参数表达式的自适应率：其中，kp1，kp2，ki1，ki2分别为比例积分参数。优选地，所述二阶扩张状态观测器和三阶扩张状态观测器分别作为前馈补偿输入至永磁同步电机转速控制系统。本专利技术的有益效果在于：本专利技术一种永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法，从电机逆系统解耦模型出发，提出基于扩张状态观测器自抗扰的电机逆控制用于转速控制策略，分别设计了d轴电流系统的二阶扩张状态观测器和转速子系统的三阶扩张状态观测器，并对转速控制系统的不确定干扰项和未知状态进行实时估计，用其进行前馈补偿，基于模型参考自适应辨识电机定子电阻和电感参数，本专利技术自抗扰能力，且对永磁同步电机电机内部参数摄动和外部负载扰动具有较强的鲁棒性。附图说明图1是本专利技术永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法的流程图。图2是本专利技术永磁同步电机转速控制系统的结构示意图。图3是本专利技术的实施例中电机转速响应跟踪曲线示意图。图4是本专利技术的实施例中电机转速响应跟踪误差曲线示意图。图5是本专利技术的实施例中电机定子电阻辨识曲线示意图。图6是本专利技术的实施例中电机定子电感突变下的电感辨识曲线示意图。图7是本专利技术实施例中系统扰动w1(t)估计曲线示意图。图8是本专利技术实施例中系统扰动w2(t)估计曲线示意图。具体实施例下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步阐述。实施例1：如图1所示，本专利技术的一种永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法，包括以下步骤：步骤1：建立永磁同步电机在dq轴上的数学模型；选定永磁同步电机转速控制系统的输入变量u、输出变量x和状态变量y；步骤2：确定永磁同步电机转速控制系统能够解耦线性化，并得到dq轴上的定子电压ud、uq；步骤3：设定永磁同步电机转速控制系统的扰动为w1(t)和w2(t)；步骤4：根据dq轴上的定子电压ud、uq及永磁同步电机转速控制系统的扰动w1(t)、w2(t)，构建永磁同步电机在d轴电流系统的二阶扩张状态观测器；步骤5：构建永磁同步电机在转速子系统的三阶扩张状态观测器；步骤6：构造永磁同步电机的参数可调模型，并得到使系统稳定的自适应率。实施例2：本专利技术的另一种永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法，包括以下步骤：步骤1：建立永磁同步电机在dq轴上的数学模型；选定永磁同步电机转速控制系统的输入变量u、输出变量x和状态变量y；所述永磁同步电机在dq轴上的数学模型为：式(1.1)中：id、iq为永磁同步电机dq轴上的定子电流，ud、uq为dq轴上的定子电压，L和rs为定子电感和电阻，ψf为转子给定磁链，ωr为转子角速度，TL为负载转矩，J为电机转动惯量；所述输入变量u、输出变量x和状态变量y为：步骤2：确定永磁同步电机转速控制系统能够解耦线性化，并得到dq轴上的定子电压ud、uq；所述步骤2具体包括：步骤2.1：结合公式(1.1)和公式(1.2)得到状态变量y的微分方程：由公式(2.2)中看出，式中不含输入变量u，对公式(2.2)进行求导，得到：步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立永磁同步电机在dq轴上的数学模型；选定永磁同步电机转速控制系统的输入变量u、输出变量x和状态变量y；步骤2：确定永磁同步电机转速控制系统能够解耦线性化，并得到dq轴上的定子电压ud、uq；步骤3：设定永磁同步电机转速控制系统的扰动为w1(t)和w2(t)；步骤4：根据dq轴上的定子电压ud、uq及永磁同步电机转速控制系统的扰动w1(t)、w2(t)，构建永磁同步电机在d轴电流系统的二阶扩张状态观测器；步骤5：构建永磁同步电机在转速子系统的三阶扩张状态观测器；步骤6：构造永磁同步电机的参数可调模型，并得到使系统稳定的自适应率。

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立永磁同步电机在dq轴上的数学模型；选定永磁同步电机转速控制系统的输入变量u、输出变量x和状态变量y；步骤2：确定永磁同步电机转速控制系统能够解耦线性化，并得到dq轴上的定子电压ud、uq；步骤3：设定永磁同步电机转速控制系统的扰动为w1(t)和w2(t)；步骤4：根据dq轴上的定子电压ud、uq及永磁同步电机转速控制系统的扰动w1(t)、w2(t)，构建永磁同步电机在d轴电流系统的二阶扩张状态观测器；步骤5：构建永磁同步电机在转速子系统的三阶扩张状态观测器；步骤6：构造永磁同步电机的参数可调模型，并得到使系统稳定的自适应率。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法，其特征在于，所述步骤1中的永磁同步电机在dq轴上的数学模型为：式(1.1)中：id、iq为永磁同步电机dq轴上的定子电流，ud、uq为dq轴上的定子电压，L和rs为定子电感和电阻，ψf为转子给定磁链，ωr为转子角速度，TL为负载转矩，J为电机转动惯量；所述输入变量u、输出变量x和状态变量y为：3.根据权利要求1所述的永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：步骤2.1：结合公式(1.1)和公式(1.2)得到状态变量y的微分方程：由公式(2.2)中看出，式中不含输入变量u，对公式(2.2)进行求导，得到：步骤2.2：结合公式(2.1)和公式(2.3)，建立偏微分方程，得到矩阵A：根据公式(2.4)可得，关于矩阵A的值为：由公式(2.5)可知，矩阵A为非奇异矩阵，且矩阵A的秩为2；永磁同步电机转速控制系统的相对阶矩阵α为：α＝[α1α2]T＝[12]T(2.6)根据式(2.6)可...

【专利技术属性】
技术研发人员：边疆，李莉，王娟，朱朝旭，姚家琛，
申请(专利权)人：开封大学，
类型：发明
国别省市：河南,41