一种永磁同步直线电机无差拍电流控制方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步直线电机无差拍电流控制方法，所述方法包括如下步骤：获取下一采样时刻电机q轴的参考电流指令iq

A Deadbeat Current Control Method for Permanent Magnet Synchronous Linear Motor

The invention discloses a deadbeat current control method for permanent magnet synchronous linear motor, which comprises the following steps: acquiring the reference current instruction IQ of motor q axis at the next sampling time

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步直线电机无差拍电流控制方法
本专利技术涉及电机控制
，具体涉及一种永磁同步直线电机无差拍电流控制方法。
技术介绍
：精确的推力控制是实现永磁同步直线电机高跟踪精度的基础，永磁同步直线电机系统通过调节电机电流间接地控制输出推力，因此电流闭环系统中电流控制方法的性能好坏决定了电机输出推力的品质。无差拍电流预测控制具有良好的动态性能和解耦能力，十分适合于永磁同步直线电机数字控制系统。然而，无差拍预测控制完全依赖于精确的永磁同步直线电机模型，这意味着模型参数扰动会使得计算的电压偏离其期望值。因此参数扰动补偿方法对于永磁同步直线电机的无差拍电流预测控制系统十分有必要，应用扩张状态观测器(ESO)的参数扰动方法可以很好的观测出电机电感、电阻、磁链等参数扰动，从而降低无差拍电流预测算法对准确电机模型的依赖。然而，传统的扩张状态观测器(ESO)是通过电流量的误差来控制观测器对扰动量的观测，并不符合误差控制原理，影响了观测器的收敛速度，影响了电机电流的动态响应能力。同时扩张状态观测器(ESO)是一种高增益观测器，高增益会导致初始时刻峰值过大问题，导致电机电流出现超调过大甚至震荡的现象。因此，有必要研究一种改进的扩张状态观测器(ESO)来克服上述的问题，从而为永磁同步直线电机提供高品质的推力，实现电机的快速动态响应和高跟踪精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种永磁同步直线电机无差拍电流控制方法，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：一种永磁同步直线电机无差拍电流控制方法，包括如下步骤：步骤1，采用速度和电流双闭环结构的直线电机控制系统，光栅作为位置检测器，将测得的位移计算得到当前采样时刻k的电机实际速度v(k)步骤2，将电机动子的期望速度v*(k)和电机实际速度v(k)的差输入PI控制器，PI控制器输出q轴下一采样时刻k+1的参考电流指令iq*(k+1)、d轴下一采样时刻k+1的参考电流指令为id*(k+1)；步骤3，测量当前采样时刻k的实际电流ia(k)，ib(k)，ic(k)并经坐标变换转换为dq坐标系下的d轴电流id(k)和q轴电流iq(k)；步骤4，将当前采样时刻k的电流id(k)、iq(k)，以及实际电压量ud(k)、uq(k)，一起输入至改进的扩张状态观测器，得到第k时刻的参数扰动量观测值fq(k)；步骤5，将第k时刻电流id(k)、iq(k)和扰动量观测值fq(k)，连同第k+1时刻电流iq*(k+1)、id*(k+1)，一起输入至无差拍预测控制器，得到所需控制电压参考指令ud*(k)、uq*(k)；步骤6，将ud*(k)、uq*(k)经过坐标变换后，通过SVPWM控制逆变器输出，实现对电机的控制。本专利技术的优点在于：1、本专利技术通过改进的扩张状态观测器观测参数扰动量，并将其用于对无差拍预测控制系统的补偿，因此对系统参数偏差带来的扰动具有较强的鲁棒性，避免了参数扰动造成的电流静差以及失稳问题；2、本专利技术设计了改进的扩张状态观测器，通过用扰动量误差来控制观测器对扰动量观测，提高了观测器的收敛速度，从而提高了电机电流的动态响应速度。同时利用变增益的方式抑制了初始时刻扩张状态观测器观测值峰值过大问题，从而抑制了电机电流的超调过大问题。因此有效提高了电流的跟踪速度和抗干扰能力。附图说明图1为本专利技术具体实施方式控制方法的系统框图；图2为本专利技术具体实施方式给定电感2.5L时电流跟踪波形对比图；图3为本专利技术具体实施方式给定电感2.5L时无ESO下的电流跟踪波形图；图4为本专利技术具体实施方式给定电感2.5L时传统ESO下的电流跟踪波形图；图5为本专利技术具体实施方式给定电感2.5L时改进ESO下的电流跟踪波形图；图6为本专利技术具体实施方式给定磁链时电流跟踪波形对比图；图7为本专利技术具体实施方式给定磁链时无ESO下的电流跟踪波形图；图8为本专利技术具体实施方式给定磁链时传统ESO下的电流跟踪波形图；图9为本专利技术具体实施方式给定磁链时改进ESO下的电流跟踪波形图；图10为本专利技术具体实施方式给定电阻0.2R时电流跟踪波形对比图；图11为本专利技术具体实施方式给定电阻0.2R时无ESO下的电流跟踪波形图；图12为本专利技术具体实施方式给定电阻0.2R时传统ESO下的电流跟踪波形图；图13为本专利技术具体实施方式给定电阻0.2R时改进ESO下的电流跟踪波形图；图14本专利技术具体实施方式存在差数偏差时速度波形跟踪对比图。图中：v*(k)为前采样时刻k的期望速度，v为前采样时刻k的实际速度，iq*(k+1)为q轴下一采样时刻的参考电流指令，id*(k+1)为d轴下一采样时刻的参考电流指令，ia(k),ib(k),ic(k)为测量的实际三相电流，id(k)、iq(k)为dq轴的实际电流，fq(k)为dq轴的扰动量观测值，ud*(k)、uq*(k)为dq轴控制电压参考指令。具体实施方式为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。本专利技术提供一种永磁同步直线电机无差拍电流控制方法，如图1-图14所示，设计了一种改进的扩张状态观测器，从电流量误差中提取扰动量误差的信息，根据误差控制原理，将其用来调节扰动量观测值，加快了观测器的跟踪速度，并且设计了时变的增益用以抑制电流峰值过大问题。将其用于观测得到当前采样时刻k的扰动量观测值fq(k)，并采样得到的当前采样时刻k的实际电流id(k)、iq(k)，连同第k+1时刻参考电流指令iq*(k+1)、id*(k+1)，一起输入至无差拍预测控制器，得到所需控制电压参考指令ud*(k)、uq*(k)。利用本专利技术方法获得的无差拍预测控制器对系统参数偏差带来的扰动具有较强的鲁棒性，提高了电流跟踪速度且有效抑制了初始时刻电流峰值。一种永磁同步直线电机无差拍电流控制方法，包括如下步骤：步骤1，采用速度和电流双闭环结构的直线电机控制系统，光栅作为位置检测器，将测得的位移计算得到当前采样时刻k的电机实际速度v(k)；步骤2，将电机动子的期望速度v*(k)和电机实际速度v(k)的差输入PI控制器，PI控制器输出q轴下一采样时刻k+1的参考电流指令iq*(k+1)、d轴下一采样时刻k+1的参考电流指令为id*(k+1)；步骤3，测量当前采样时刻k的实际电流ia(k)，ib(k)，ic(k)并经坐标变换转换为dq坐标系下的d轴电流id(k)和q轴电流iq(k)；步骤4，将当前采样时刻k的电流id(k)、iq(k)，以及实际电压量ud(k)、uq(k)，一起输入至改进的扩张状态观测器，得到第k时刻的参数扰动量观测值fq(k)；步骤5，将第k时刻电流id(k)、iq(k)和扰动量观测值fq(k)，连同第k+1时刻电流iq*(k+1)、id*(k+1)，一起输入至无差拍预测控制器，得到所需控制电压参考指令ud*(k)、uq*(k)；步骤6，将ud*(k)、uq*(k)经过坐标变换后，通过SVPWM控制逆变器输出，实现对电机的控制。在本实施例中，PI控制器作用为速度控制器；当前采样时刻k的实际电压量ud(k)、uq(k)，分别等于上一采样时刻k-1的控制电压参考指令ud*(k-1)、uq*(k-1)。在本实施例中，改进的扩本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步直线电机无差拍电流控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：获取当前采样时刻电机的实际速度v(k)；获取下一采样时刻电机q轴的参考电流指令iq

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步直线电机无差拍电流控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：获取当前采样时刻电机的实际速度v(k)；获取下一采样时刻电机q轴的参考电流指令iq*(k+1)和下一采样时刻电机d轴的参考电流指令id*(k+1)；获取当前采样时刻电机的实际电流ia(k)，ib(k)，ic(k)，并将其转换为dq坐标系下的d轴电流id(k)和dq坐标系下的q轴电流iq(k)；将获取的id(k)、iq(k)，以及电机当前采样时刻的实际电压量ud(k)、uq(k)输送至改进的扩张状态观测器，获取当前采样时刻的参数扰动量观测值fq(k)；将获取的id(k)、iq(k)，fq(k)和iq*(k+1)、id*(k+1)输送至无差拍预测控制器，获取控制电压的参考指令ud*(k)、uq*(k)；将获取的ud*(k)、uq*(k)经过坐标转换，将变换得到的结果通过SVPWM控制逆变器输出，对电机控制。2.根据权利要求1所述的永磁同步直线电机无差拍电流控制方法，其特征在于，所述改进的扩张状态观测器包括如下设计步骤：步骤1、建立dq坐标系下的永磁同步直线电机电压方程，所述方程为：其中，R为初级电阻，τ为次级极距，为次级永磁体磁链，Ld、Lq分别为d、q轴电感分量，Ld＝Lq＝L，ud、uq分别为初级d、q轴电压，id、iq分别为初级d、q轴电流，v为初级运动速度；步骤2、构建电流方程，对系统参数扰动量建模；电流方程可由式(1)加上参数偏差后获得，电流方程为：其中：R0、L0、分别为电机电阻、电感、磁链的标称参数；ΔR、ΔL、分别为电机电阻、电感、磁链的参数偏差，ΔR＝R-R0，ΔL＝L-L0，令fd、fq分别作为d、q轴参数扰动，得到fd、fq表达式为：步骤3、构建传统扩张状态观测器；3.1、对q轴电流及其参数扰动量进行状态空间描述：其中：x＝[x1x2]T＝[iqfq]T为状态变量矩阵；u为输入量uq；为状态转移矩阵；B＝[1/L00]T为控制矩阵；E＝[01]T为干扰矩阵；3.2、根据电流观测值和实际值的误差构建传统扩张状态观测...

【专利技术属性】
技术研发人员：林健，刘晗，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32