一种新型永磁同步电机速度控制模式扰动观测器制造技术

本发明专利技术提供一种新型永磁同步电机速度控制模式扰动观测器，属于伺服控制领域。本发明专利技术包括高阶低通滤波器、重复性观测器，所述重复性观测器包括重复性控制器、等效扰动计算模块，所述重复性控制器包括依次连接的时域转角度域单元、迭代更新内存单元和角度域转时域单元。本发明专利技术的有益效果为：调试方法比重复性控制明确方便，稳定性更有保障；可观测更广频率范围的扰动。

A new disturbance observer for speed control mode of PMSM

【技术实现步骤摘要】
一种新型永磁同步电机速度控制模式扰动观测器
本专利技术涉及一种扰动观测器，尤其涉及一种新型永磁同步电机速度控制模式扰动观测器。
技术介绍
永磁同步电机速度控制模式下，会面临诸多扰动，这些扰动可以等效为转矩扰动，且可分为两类，暨与电机转子位置呈周期性的扰动和与电机转子位置呈非周期性扰动。其中，前者占大部分并有诸多成因，如永磁电机本体的齿槽效应，电机磁通非正弦分布，变频器产生的电流谐波，电机和负载之间的连结不完美，甚至是用于控制的电流采样存在偏置或者电流传感器校正有偏差。后者多源于系统的不确定性，如电机参数的波动，速度还参考指令的突变，和负载的突变。因此所占比重发生时间都不确定。对于永磁同步电机速度模式下的转矩扰动问题，主要涉及两大类的研究领域。一是，重复性控制或者迭代学习控制(二者机理相同，都基于内模原理)，二是扰动观测器，进而扩展到包含扰动观测器机理的自抗扰控制器等研究。两个研究方向根本的不同点在于，重复性控制需要知道扰动的周期性，而自抗扰控制器善于解决具有不确定性的扰动的观测问题。两种思路自成一派，各有优点。重复性控制主要的优点有：一，重复性控制的设计对系统参数和信息的依赖较小，只需要扰动的周期就可以设计了。很多更传统的补偿方法还依赖于系统的自识别，需要提前测量。二，重复性控制可以同时补偿多个频率的扰动，而其他传统方法多针对单个或有限的扰动，若需补偿多个频率的扰动，需多个控制器，增加了系统的复杂性。三，重复性控制拥有自学习扰动幅值的功能，适应性更强。四，随着基于角度的重复性控制的提出，重复性控制器对于电机变速运行(暨扰动变频率)的适应问题得到了解决。五，随着基于角度的重复性控制和无差拍高带宽电流环的结合，最大化了可补偿的扰动频率。同时得益于无差拍电流环延迟固定的特点，重复性控制对不同频率的补偿效果得到了保障，稳定性也更容易保证。扰动观测器和自抗扰控制器的优点主要有：一，无需知道扰动的信息，只需要知道其有界。二，不需要学习时间，可以立即产生效用。设计调试参数方便。满足控制理论中的分离原理，暨扰动观测器的设计和反馈控制器可以独立设计。相应地，重复性控制和扰动观测器两种方法仍存在着各自的问题和难点。重复性控制的遗留问题是，虽然基于角度的重复性控制已被提出，但其参数的调试方法仍不明确。再者是重复性控制需要一定的学习时间，如果不确定的扰动较大，重复性控制器可能会错误地补偿这些不确定的扰动。扰动观测器的参数调试虽然明确方便，但参数的选定需要权衡实际应用中的噪音水平。扰动观测器中常常包含一个用于滤除噪声的低通滤波器，而且由于扰动干扰器延迟短，一般使用的低通滤波器的阶数也很低(滤波特性曲线不如高阶滤波器陡峭)。因此，只有当噪音和有用信号频率分明时，才能保证该低通滤波器能最大程度保留有用信号，滤除噪音。如果噪音和有用信号频率接近或者重叠，观测器的性能就会下降。对于扰动观测器，抗噪性和快速响应是矛盾的要求，因此观测器的设计为了保证可靠性往往包含有一些对最佳性能的妥协。不少已有技术同时使用了重复性控制器和扰动观测器，虽然可以实现周期性和非周期性的扰动的抑制，但系统的复杂性也增加了，两个控制器都需要调试。
技术实现思路
为解决现有技术中的问题，本专利技术提供一种新型永磁同步电机速度控制模式扰动观测器。本专利技术包括高阶低通滤波器、重复性观测器，所述重复性观测器包括重复性控制器、等效扰动计算模块，所述重复性控制器包括依次连接的时域转角度域单元、迭代更新内存单元和角度域转时域单元，其中，含有速度反馈ωm量化误差产生的噪声分别与高阶低通滤波器输入端、重复性控制器内的时域转角度域单元第一输入端相连，所述高阶低通滤波器输出端与等效扰动计算模块输入端相连，所述等效扰动计算模块输出端与时域转角度域单元第二输入端相连，所述角度域转时域单元输出端输出观测出的转矩扰动本专利技术作进一步改进，还包括一阶低通滤波器，所述一阶低通滤波器输入端和含有速度反馈ωm量化误差产生的噪声相连，输出端分别与角度域转时域单元输入端和速度环反馈控制器输入端相连。本专利技术作进一步改进，角度域转时域单元根据当前最新的位置反馈，及当前速度，预测第i+1个采样周期的位置，所述当前速度为所述一阶低通滤波器滤波后的速度以最小化速度计算的时延。本专利技术作进一步改进，所述重复性控制器还包括观测值修正模块，所述观测值修正模块的输入端分别与所述迭代更新内存单元输出端和时域转角度域单元输出端相连，所述观测值修正模块的输出端与迭代更新内存单元输入端相连。本专利技术作进一步改进，所述重复性观测器还包括对观测出的转矩扰动去均值的负载分离模块，所述负载分离模块的输入端分别与角度域转时域单元输出端和等效扰动计算模块输出端相连，所述负载分离模块输出端为重复性观测器输出端。本专利技术作进一步改进，所述负载分离的方法包括如下步骤：S1：开始，判断等效扰动计算模块输出的等效扰动与前一时刻相比是否突变，如果是，执行步骤S2，如果否，直接执行步骤S4；S2：记录下发生突变时对应迭代更新内存数组data中的第几个数，记录数组data平均值；S3：判断是否再次经过这个发生过突变的位置，如果是，更新数组data平均值，然后执行步骤S4，如果否，直接执行步骤S4；S4：重复性控制器输出的观测出的转矩扰动减去数组data平均值，作为重复性观测器的输出，结束。本专利技术作进一步改进，所述等效扰动的计算公式为：其中，ωm为速度反馈，u为电流环的输入值，G1(Z)为电流环传递函数，Z-F为定时长的信号延迟。本专利技术作进一步改进，如果当前在第i个采样周期，角度域转时域单元中，公式(1)得到的是F个周期之前等效扰动d(i-F)，时域转角度域单元中把转子的位置分成N段，这N段的分界处称为N个分段位置(i.e.2πj/N,j∈[0,N-1])，时域转角度域单元的计算需要根据d(i-F)和同时间的转子位置θm(i-F)，通过一阶拉格朗日插值计算出最近分段位置的扰动，如果i-F时刻的转子位置位于分段位置的第k1段，则：定义表示转子位置刚好是2πk1/N时的等效扰动，其计算公式如(3)-(5)：正转时，反转且k1≠N-1时，反转且k1＝N-1时，本专利技术作进一步改进，定义迭代更新内存单元中的内存为一个长度为N的数组data，则该数组的更新公式如下：正转时，反转且k1≠N-1时，反转且k1＝N-1时，其中，data{k1}表示该数组中的第k1+1个值，L是传统重复性控制器的观测器增益。本专利技术作进一步改进，所述角度域转时域单元预测的第i+1个采样周期的位置为那么这个预测位置对应的位置分段k2计算公式为：然后，计算公式公式为：若k2≠N-1,若k2＝N-1,与现有技术相比，本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型永磁同步电机速度控制模式扰动观测器，其特征在于：包括高阶低通滤波器、重复性观测器，所述重复性观测器包括重复性控制器、等效扰动计算模块，所述重复性控制器包括依次连接的时域转角度域单元、迭代更新内存单元和角度域转时域单元，其中，/n含有速度反馈ω

【技术特征摘要】
1.一种新型永磁同步电机速度控制模式扰动观测器，其特征在于：包括高阶低通滤波器、重复性观测器，所述重复性观测器包括重复性控制器、等效扰动计算模块，所述重复性控制器包括依次连接的时域转角度域单元、迭代更新内存单元和角度域转时域单元，其中，
含有速度反馈ωm量化误差产生的噪声分别与高阶低通滤波器输入端、重复性控制器内的时域转角度域单元第一输入端相连，所述高阶低通滤波器输出端与等效扰动计算模块输入端相连，所述等效扰动计算模块输出端与时域转角度域单元第二输入端相连，所述角度域转时域单元输出端输出观测出的转矩扰动


2.根据权利要求1所述的新型永磁同步电机速度控制模式扰动观测器，其特征在于：还包括一阶低通滤波器，所述一阶低通滤波器输入端和含有速度反馈ωm量化误差产生的噪声相连，输出端分别与角度域转时域单元输入端和速度环反馈控制器输入端相连。


3.根据权利要求2所述的新型永磁同步电机速度控制模式扰动观测器，其特征在于：角度域转时域单元根据当前最新的位置反馈，及当前速度，预测第i+1个采样周期的位置，所述当前速度为所述一阶低通滤波器滤波后的速度以最小化速度计算的时延。


4.根据权利要求2所述的新型永磁同步电机速度控制模式扰动观测器，其特征在于：所述重复性控制器还包括观测值修正模块，所述观测值修正模块的输入端分别与所述迭代更新内存单元输出端和时域转角度域单元输出端相连，所述观测值修正模块的输出端与迭代更新内存单元输入端相连。


5.根据权利要求4所述的新型永磁同步电机速度控制模式扰动观测器，其特征在于：所述重复性观测器还包括对观测出的转矩扰动去均值的负载分离模块，所述负载分离模块的输入端分别与角度域转时域单元输出端和等效扰动计算模块输出端相连，所述负载分离模块输出端为重复性观测器输出端。


6.根据权利要求5所述的新型永磁同步电机速度控制模式扰动观测器，其特征在于：所述负载分离的方法包括如下步骤：
S1：开始，判断等效扰动计算模块输出的等效扰动与前一时刻相比是否突变，如果是，执行步骤S2，如果否，直接执行步骤S4；
S2：记录下发生突变时对应迭代更新内存数组data中的第几个数，记录数组data平均值；
S...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐密，福尔门蒂尼·安德里亚，奥达诺·艾哈迈德·沙菲克，赞切塔·珀里克斯，
申请(专利权)人：深圳市百盛传动有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44