永磁同步电机的速度环的简化自抗扰控制器的构造方法技术

永磁同步电机的简化自抗扰控制器的构造方法，适用于永磁同步电机的高性能控制。将电压控制电压源逆变器（１）与空间矢量脉宽调制构造出扩展的压控逆变器（２）；将扩展的压控逆变器与电流控制器（３）、坐标变换（４）、永磁同步电机（７）、负载（８）及光电编码器（９）构成复合被控对象（１０）；利用复合被控对象的输入及输出信号构造扩张的二阶状态观测器（５２）；利用转速的测量值和转速的测量值两者的加权和组成复合转速反馈（５４）；构造由广义速度误差开方控制器（５１）及对系统扰动的补偿项（－ｚ↓［２］／ｂ）两部分叠加组成的复合控制器（５３）；并将复合控制器串联在复合被控对象之前，最后由复合控制器及扩张的二阶状态观测器共同组成简化自抗扰控制器（５）。

Simplified self disturbance rejection controller for speed loop of permanent magnet synchronous motor

The construction method of simplified ADRC for permanent magnet synchronous motor is suitable for high performance control of permanent magnet synchronous motor (PMSM). The voltage controlled voltage source inverter (1) and space vector pulse width modulation to construct extended voltage controlled inverter (2); the expansion of the voltage controlled inverter and current controller (3), coordinate transformation (4), permanent magnet synchronous motor (7) and load (8) and (9) to form a composite photoelectric encoder the object (10); the two order state observer composite controlled input and output signals to construct the object expansion (52); the value weighted composite and speed feedback by measuring the speed measurement and speed; (54) constructed by generalized velocity error controller (51) and the root system disturbance compensation the (Z: 2 / b) composite controller composed of two parts. (53); and the composite controller before the composite object, and finally by the composite The controller and the extended two order observer are combined to simplify the auto disturbance rejection controller (5).

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种永磁同步电机的简化自抗扰控制器构造方法，适用于永磁同步电机的高性能伺服控制，属于交流伺服控制系统的

技术介绍
永磁同步电机是一个复杂的非线性系统，在运行过程中参数会发生变化，往往还存在着较为严重的外部干扰，因此永磁同步电机的控制是比较困难的。经典控制理论难以克服扰动、参数大范围摄动等因素对系统性能的影响，难以获得满意的控制系统性能。随着控制理论的发展，很多先进的算法被应用于永磁同步电机的控制研究中，如滑模变结构控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等。但是其中的许多方法，如神经网络控制方法，复合模糊控制方法等，涉及的数学知识较多，计算和实现较为复杂，难以真正应用于交流伺服控制系统的实际控制。不少方法只是停留在数值仿真研究上，设计的控制器没有考虑到实际应用的特点，离真正应用还存在一定距离。因此，研究新型的非线性控制算法，特别是能在实际交流伺服系统中真正实现的非线性控制算法，并将其应用于交流伺服系统的控制研究中，提升交流伺服系统的控制性能，是目前交流伺服系统研究中一个迫切需要解决的问题。文献<永磁同步电机调速系统的自抗扰控制>中介绍了标准的自抗扰控制器在永磁同步电机速度环中的仿真研究，该文献把永磁同步电机作为一阶对象，设计了一阶跟踪微分器，二阶的扩张状态观测器，一阶的非线性状态误差反馈控制器，对自抗扰控制器进行了仿真研究，仿真的结果表明，在永磁同步电机的调速系统中，自抗扰控制器比传统的PI控制器具有更好的动态和稳态性能，在系统的抗干扰性和鲁棒性上也有了提高，但是该文献只是做了仿真研究，而且自抗扰控制器的三个模块都采用了复杂的非线性函数，并没有把自抗扰控制器具体实现。文献<自抗扰控制器的简易实现>则从理论上给出了标准自抗扰控制器的简易实现，该文献针对一阶模型，省去了跟踪微分器，二阶的扩张状态观测器采用线性的观测器，非线性状态误差反馈控制器则采用一般的比例控制器，该设计方案简化了自抗扰控制器的结构，把复杂的非线性函数都用简单的线性函数来实现，为自抗扰控制器的具体实现提供了参考。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供一种，采用该方法构造的简化自抗扰控制器，能自动补偿电机模型的变化带来的内部扰动(如转动惯量和永磁磁链的变化等)和来自外界的扰动(如负载和电网电压的波动等)，实现动态系统的动态反馈线性化，再通过非线性状态误差反馈控制律来提高闭环系统的控制性能。简化自抗扰控制器不依赖于被控对象的数学模型，因此具有良好的鲁棒性和适应性。技术方案本专利技术的永磁同步电机的速度环的简化自抗扰控制器的构造方法是将简化的自抗扰控制器串联在复合被控对象之前构造而成，其中，复合被控对象由电流控制器与扩展的压控逆变器先进行串联，并接在永磁同步电机和负载及光电编码器之前，然后再与电流ia，ib反馈通道上的坐标变换共同组成；永磁同步电机与负载通过机械连轴器连在一起，光电编码器在永磁同步电机内部，并与永磁同步电机同轴连在一起；简化自抗扰控制器由扩张的二阶状态观测器与复合转速反馈及复合控制器依次闭环连接而成；由复合控制器的输出信号U(t)及系统的输出信号ω作为扩张的二阶状态观测器的输入信号；由扩张的二阶状态观测器的输出信号z1及ω共同作为复合转速反馈(54)的输入信号；由给定转速信号ω*与复合转速反馈的输出ωδ相减得到的误差信号与扩张的二阶状态观测器的输出信号z2一起作为复合控制器(53)的输入信号，复合控制器由广义速度误差开方控制器及对系统扰动的补偿项(-z2/b)两部分叠加组成，最后把复合控制器的输出U(t)作为简化自抗扰控制器的输出信号并作为复合被控对象的给定信号iq*。该扩展的压控逆变器由空间矢量脉宽调制(SVPWM)与电压控制电压源逆变器串联组成，其中空间矢量脉宽调制(SVPWM)输出六路驱动信号触发扩展的压控逆变器的智能功率模块(IPM)。电流控制器是由电流调节器与电流调节器经过派克逆变换后并行组成的两通道电流控制器，其中电流调节器及电流调节器都采用比例积分PI控制器实现。坐标变换由派克变换和克拉克变换串联构成。扩张的二阶线性状态观测器，其状态模型为z·1=z2-β1(z1-ω)+biq*z·2=-β2(z1-ω),]]>其中β1、β2为可调参数，ω为转速信号，b为控制器系数，z1用于跟踪系统输出ω，z2用于跟踪系统的扰动，iq*为q轴电流给定， 为转速和扰动估计的微分。该状态观测器的输入信号为q轴电流给定iq*及系统输出ω，输出信号为转速的观测值及系统总扰动信号的估计量。广义速度误差开方控制器由速度环增益Kp乘以广义速度误差的开方构成，输入信号为给定转速减去复合转速反馈得到的广义速度误差ω*-ωδ，其比例控制器输出为u0(t)=Kp|ω*-ωδ|sign(ω*-ωδ),]]>Kp为速度环增益，ω*为给定转速，ωδ为复合转速反馈，sign(ω*-ωδ)为广义速度误差ω*-ωδ的符号，当广义速度误差为正或零时取1，当广义速度误差为负时取-1；广义速度误差的开方用牛顿迭代比较法由DSP程序实现。复合转速反馈ωδ由转速测量值ω和转速的观测量z1两者的加权和组成，其表达式为ωδ＝δω+(1-δ)z1，δ为权重因子，其值可调，取值范围为δ∈。复合控制器的输出由广义速度误差开方控制器的输出与系统总扰动的补偿量(-z2/b)复合得到，其表达式为u(t)=Kp|ω*-ωδ|sign(ω*-ωδ)-z2/b.]]>简化自抗扰控制器中的扩张的二阶状态观测器、复合控制器与复合转速反馈，及电流控制器、扩展的压控逆变器、坐标变换、速度与角度计算为采用数字信号处理器即DSP控制器，通过编制DSP程序来实现。标准的自抗扰控制器一般由三部分组成，跟踪微分器(TrackingDifferentiator，简称TD)，扩张的状态观测器(Extended State Observer，简称ESO)和非线性状态误差反馈(Nonlinear State Error Feedback，简称NLSEF)控制器。它可以适用于如下存在未知外扰的系统 x(n)=f(x,x·,x··,...,x(n-1),t)+d(t)+bu(t)y=x---(1)]]>其中， 为非线性函数，d(t)为未知外扰， 为系统的状态，u(t)为控制量，y(t)为系统的输出。令a(t)=f(x,x·,x··,...,x(n-1),t)+d(t)]]>为系统模型的内扰和未知外扰d(t)之和，作为系统的总扰动。系统(1)可重写为x(n)=a(t)+bu(t)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步电机的速度环的简化自抗扰控制器的构造方法，其特征在于该方法将简化的自抗扰控制器（５）串联在复合被控对象（１０）之前构造而成，其中，复合被控对象（１０）由电流控制器（３）与扩展的压控逆变器（２）先进行串联，并接在永磁同步电机（７）和负载（８）及光电编码器（９）之前，然后再与电流ｉ↓［ａ］，ｉ↓［ｂ］反馈通道上的坐标变换（４）共同组成；永磁同步电机（７）与负载（８）通过机械连轴器连在一起，光电编码器（９）在永磁同步电机（７）内部，并与永磁同步电机（７）同轴连在一起；简化自抗扰控制器（５）由扩张的二阶状态观测器（５２）与复合转速反馈（５４）及复合控制器（５３）依次闭环连接而成；由复合控制器（５３）的输出信号Ｕ（ｔ）及系统的输出信号ω作为扩张的二阶状态观测器（５２）的输入信号；由扩张的二阶状态观测器的输出信号ｚ↓［１］及ω共同作为复合转速反馈（５４）的输入信号；由给定转速信号ω↑［＊］与复合转速反馈（５４）的输出ω↓［δ］相减得到的误差信号与扩张的二阶状态观测器的输出信号ｚ↓［２］一起作为复合控制器（５３）的输入信号，复合控制器（５３）由广义速度误差开方控制器（５１）及对系统扰动的补偿项（－ｚ↓［２］／ｂ）两部分叠加组成，最后把复合控制器（５３）的输出Ｕ（ｔ）作为简化自抗扰控制器（５）的输出信号并作为复合被控对象（１０）的给定信号ｉ↓［ｑ］↑［＊］。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李世华，田玉平，吴波，刘志刚，王帆，陈诚，王超，齐丹丹，
申请(专利权)人：东南大学，南京埃斯顿工业自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]