基于扩张状态观测器的直线感应电机次级磁链估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于扩张状态观测器的直线感应电机次级磁链估计方法，该方法针对直线感应电机的次级磁链定向矢量控制，解决了直线感应电机边端效应所导致的互感和次级电阻变化对次级磁链观测误差问题。所提出的磁链观测器通过改进的扩张状态观测器观测由互感和次级电阻变化带来的扰动，并在磁链观测器中进行主动补偿，提高了磁链观测器对电机的互感和次级电阻变化的鲁棒性。

Estimation of secondary flux of linear induction motor based on extended state observer

The invention discloses an estimation method of the secondary flux linkage of linear induction motor based on the extended state observer. This method aims at the secondary flux orientation vector control of the linear induction motor, and solves the problem of the secondary flux observation error caused by the mutual inductance and the secondary resistance change caused by the edge effect of the linear induction motor. The proposed flux observer can observe the disturbance caused by the change of mutual inductance and secondary resistance by the improved extended state observer, and make the active compensation in the flux observer, which improves the robustness of the flux observer to the change of the mutual inductance and secondary resistance of the motor.

【技术实现步骤摘要】
基于扩张状态观测器的直线感应电机次级磁链估计方法
本专利技术属于交流电机控制领域，更具体地，涉及一种基于扩张状态观测器的直线感应电机次级磁链估计方法。
技术介绍
直线感应电机作为一种不经过中间传动装置直接产生直线运动，具有优良控制性能的驱动设备，已经广泛应用于磁悬浮、地铁、工业机床、电动门等领域。直线感应电机的高性能控制通常采用基于次级磁链定向的矢量控制方法。其中次级磁链观测是矢量控制的关键。而传统磁链观测器的观测精度依赖于准确的电机模型和电机参数。由于边端效应的影响，直线感应电机的互感和次级电阻在不同的运行条件下，变化较大，因此影响了次级磁链的估计精度，从而影响了直线感应电机的控制效果。为了解决这个问题，许多更精确的直线感应电机模型被提出，但是由于直线感应电机结构的多样性，这些模型不具有普适性，并且提高了算法的复杂度和实现难度，间接的影响了控制效果的提升。此外还有一些基于参数辨识的次级磁链观测方法，但这类算法难以选择合适的自适应参数，给调试工作带来了较大的困难。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于扩张状态观测器的直线感应电机次级磁链估计方法，由此解决现有次级磁链的估计精度较低而影响直线感应电机的控制效果的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于扩张状态观测器的直线感应电机次级磁链估计方法，包括：(1)由初级电流扩张状态观测器观测由互感和次级电阻变化所引起的扰动量；(2)将观测到的由互感和次级电阻变化所引起的扰动量补偿到次级磁链观测器中，以得到磁链幅值、磁链相角和同步角速度。优选地，步骤(1)包括：(1.1)建立基于互感和次级电阻变化的直线感应电机数学模型；(1.2)根据所述直线感应电机数学模型，得到磁链微分项，进而由所述磁链微分项确定由互感和次级电阻变化所引起的扰动量；(1.3)针对所述直线感应电机数学模型中的电流微分方程，建立初级电流扩张状态观测器，以观测由互感和次级电阻变化所引起的扰动量。优选地，步骤(1.1)包括：由建立基于互感和次级电阻变化的直线感应电机数学模型，其中，i1为初级电流向量，u1为初级电压向量，ψ2为次级磁链向量，R1为初级电阻，R2为次级电阻，Lm为互感，L1为初级自感，L2为次级自感，Ll1为初级漏感，Ll2为次级漏感，Tr为次级时间常数，ω为次级电角速度，v为电机动子速度，τ为电机极距，σ为漏磁系数，d为磁链微分项，优选地，步骤(1.2)包括：由得到磁链微分项d，其中，LmN为互感的额定值，TrN为次级时间常数的额定值，表示由互感和次级电阻变化所引起的扰动量。优选地，步骤(1.3)包括：由建立初级电流扩张状态观测器，以观测由互感和次级电阻变化所引起的扰动量，其中，a、ω0、kr和ξ分别为所述初级电流扩张状态观测器的增益参数，ω1为直线感应电机的同步角速度，L1N表示初级自感的额定值，σN表示额定漏磁系数，L2N表示次级自感的额定值，表示估计的初级电流，e表示初级电流估计误差，表示扰动估计值，表示初级电流估计值的微分，表示扰动估计值的低频分量，表示扰动估计值的交流分量，以及为中间变量。优选地，步骤(2)包括：(2.1)根据观测到的由互感和次级电阻变化所引起的扰动量估计值得到磁链微分项的估计值其中，(2.2)根据所求得的磁链微分项的估计值，积分求得次级磁链其中，(2.3)将所求得的次级磁链送入锁相环，得到次级磁链的幅值和次级磁链的相位角以及直线感应电机的同步角速度ω1。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本专利技术提出的次级磁链观测器对互感和次级电阻所带来的扰动进行主动观测并进行补偿，提高了磁链观测的精度，增强了对互感和次级磁链变化的鲁棒性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于扩张状态观测器的直线感应电机次级磁链估计方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种基于本专利技术的磁链观测器的直线感应电机次级磁链定向控制系统示意图；图3(a)是基于本专利技术的磁链观测器的磁链估计仿真结果；图3(b)是基于传统磁链观测器的磁链估计仿真结果；图4是次级电阻偏差1.5倍时，不同磁链观测器的电流观测误差；图5是互感偏差0.6倍时，不同磁链观测器的电流观测误差；图6(a)是d轴电流的动态变化曲线；图6(b)是q轴电流的动态变化曲线；图7是电流观测动态变化曲线；图8(a)是速度变化动态曲线；图8(b)是推力动态变化曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种基于扩张状态观测器的直线感应电机次级磁链估计方法，针对直线感应电机的次级磁链定向矢量控制，解决了直线感应电机边端效应所导致的互感和次级电阻变化对次级磁链观测误差问题。所提出的磁链观测器通过改进的扩张状态观测器观测由互感和次级电阻变化带来的扰动，并在磁链观测器中进行主动补偿，有效地提高了直线感应电机次级磁链观测的精度，使直线感应电机的矢量控制获得了更好的动态效果，提高了磁链观测器对电机的互感和次级电阻变化的鲁棒性。如图1所示为本专利技术实施例提供的一种基于扩张状态观测器的直线感应电机次级磁链估计方法的流程示意图，在图1所示的方法中包括以下步骤：(1)由初级电流扩张状态观测器观测由互感和次级电阻变化所引起的扰动量；在一个可选的实施方式中，步骤(1)包括：(1.1)建立基于互感和次级电阻变化的直线感应电机数学模型；在一个可选的实施方式中，步骤(1.1)包括：由建立基于互感和次级电阻变化的直线感应电机数学模型，其中，i1＝[i1αi1β]T为初级电流向量，u1＝[u1αu1β]T为初级电压向量，ψ2＝[ψ2αψ2β]T为次级磁链向量，R1为初级电阻，R2为次级电阻，Lm为互感，L1＝Lm+Ll1为初级自感，L2＝Lm+Ll2为次级自感，Ll1为初级漏感，Ll2为次级漏感，Tr＝L2/R2为次级时间常数，ω＝πv/τ为次级电角速度，v为电机动子速度，τ为电机极距，为漏磁系数，d为磁链微分项，(1.2)根据直线感应电机数学模型，得到磁链微分项，进而由磁链微分项确定由互感和次级电阻变化所引起的扰动量；在一个可选的实施方式中，步骤(1.2)包括：由得到磁链微分项d，其中，LmN为互感的额定值，TrN为次级时间常数的额定值，且下标N表示相应参数的额定值，Δ(*)是由电机参数变化所引起的不确定量，表示由互感和次级电阻变化所引起的扰动量w。(1.3)针对直线感应电机数学模型中的电流微分方程，建立初级电流扩张状态观测器，以观测由互感和次级电阻变化所引起的扰动量。在一个可选的实施方式中，步骤(1.3)包括：由建立初级电流扩张状态观测器，以观测由互感和次级电阻变化所引起的扰动量，其中，a、ω0、kr和ξ分别为初级电流扩张状态观测器的增益参数，ω1为直线感应电机的同步角速度，可由锁相环获得，L1N表示初级自感的额定值，σN表示额定漏磁系数，L2N表示次级自感的额定值，表示估计的初级电流，e表示初级电流估计误差，表示扰动量估计值，表示初级电流估计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于扩张状态观测器的直线感应电机次级磁链估计方法，其特征在于，包括：(1)由初级电流扩张状态观测器观测由互感和次级电阻变化所引起的扰动量；(2)将观测到的由互感和次级电阻变化所引起的扰动量补偿到次级磁链观测器中，以得到磁链幅值、磁链相角和同步角速度。

【技术特征摘要】
1.一种基于扩张状态观测器的直线感应电机次级磁链估计方法，其特征在于，包括：(1)由初级电流扩张状态观测器观测由互感和次级电阻变化所引起的扰动量；(2)将观测到的由互感和次级电阻变化所引起的扰动量补偿到次级磁链观测器中，以得到磁链幅值、磁链相角和同步角速度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括：(1.1)建立基于互感和次级电阻变化的直线感应电机数学模型；(1.2)根据所述直线感应电机数学模型，得到磁链微分项，进而由所述磁链微分项确定由互感和次级电阻变化所引起的扰动量；(1.3)针对所述直线感应电机数学模型中的电流微分方程，建立初级电流扩张状态观测器，以观测由互感和次级电阻变化所引起的扰动量。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1.1)包括：由建立基于互感和次级电阻变化的直线感应电机数学模型，其中，i1为初级电流向量，u1为初级电压向量，ψ2为次级磁链向量，R1为初级电阻，R2为次级电阻，Lm为互感，L1为初级自感，L2为次级自感，Ll1为初级漏感，Ll2为次级漏感，Tr为次级时间常数，ω为次级电角速度，v为电机动子速度，τ为电机极距，σ为漏磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，佃仁俊，刘毅，胡冬，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42