一种永磁同步电机自抗扰位置伺服控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进扩张状态观测器的自抗扰控制方法，针对传统永磁同步电机位置伺服系统中存在的跟踪误差大，抗干扰能力差，鲁棒性差，响应速度慢等缺陷，首先，通过在扩张状态观测器中引入速度作为输入量，获得对二阶状态变量更优的观测效果；其次，通过引入有限时间状态观测器，使得状态观测器不仅具有传统扩张状态观测器能够观测扰动的特点，还具有了有限时间状态观测器可以在有限时间收敛的优点。与传统的位置

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机自抗扰位置伺服控制方法


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机的控制
，尤其涉及一种基于改进扩张状态观测器的自抗扰位置伺服控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着电力电子技术、现代控制理论等领域取得进步，电机的位置伺服性能也得到了进一步的提高，这使得伺服电机在各个领域得到广泛应用。永磁同步电机由于其效率高、可靠性高、功率密度大以及易于控制等优点被广泛应用于伺服驱动中。传统的永磁同步电机位置伺服系统采用矢量控制方法，具体包括位置环、速度环和电流环三闭环控制，位置环往往采用比例控制，速度环和电流环采用比例积分控制，但永磁同步电机是一个多变量、高耦合、非线性的高阶系统，传统比例积分控制方法存在响应速度慢，超调大，控制性能不佳等缺点，无法满足现代社会对位置伺服系统逐渐提高的高精度、高响应要求。
[0003]自抗扰控制可以通过对系统的内扰和外扰进行估计，来实现对信号的补偿，将系统整定为积分串联系统。这种方法对模型依赖程度低，鲁棒性强，得到了广泛的应用。
[0004]自抗扰控制也存在着诸多缺点，限制了它在工程上的应用。由于扩张状态观测器是自抗扰控制的核心环节，降低扩张状态观测器的参数数量，提高其对系统输入的跟踪精度，加快状态收敛速度成为当前自抗扰控制方法研究的主要方向。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的旨在克服现有方法的不足，提出一种基于改进扩张状态观测器的自抗扰位置伺服控制方法，通过构建改进二阶自抗扰控制器取代传统三环控制方法中的位置环和速度环，实现减小跟踪误差，提高抗干扰能力，跟随更高频率的位置信号的目的，提高位置伺服系统的性能。
[0006]本专利技术提出的一种永磁同步电机位置伺服控制方法，其特征在于，该方法是基于改进扩张状态观测器的自抗扰位置伺服控制方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一，对永磁同步电机的信号进行采样和解算，利用与永磁同步电机转子同轴相连的绝对位置编码器采样和解算得到永磁同步电机转子位置机械角度θ、永磁同步电机转子位置电角度θ
e
和永磁同步电机转子机械角速度利用无接触式霍尔电流传感器对永磁同步电机A、B和C三相定子电流i
A
、i
B
和i
C
进行采样；
[0008]步骤二，将步骤一中采样得到的永磁同步电机A、B和C三相定子电流信号i
A
、i
B
和i
C
通过Clark变化得到二相αβ静止坐标系下的α轴电流i
α
和β轴电流i
β
，并将α轴电流i
α
和β轴电流i
β
通过Park正变化得到dq同步旋转坐标系下的直轴电流i
d
和交轴电流i
q
；
[0009]步骤三，将外部给定的位置指令θ
*
输入到微分跟踪器中，经过微分跟踪器输出永磁同步电机转子位置参考信号θ
ref
和永磁同步电机转子速度参考信号
[0010]步骤四，将步骤三中得到的永磁同步电机转子位置参考信号θ
ref
和永磁同步电机转子速度参考信号分别与经过改进扩张状态观测器得到的永磁同步电机转子位置观测
信号Z1和永磁同步电机转子速度观测信号Z2作差，得到转子位置误差信号e1和转子速度误差信号e2，再将转子位置误差信号e1和转子速度误差信号e2输入到非线性反馈环节，由非线性反馈环节得到不考虑系统总扰动误差影响的交轴电流参考信号
[0011]步骤五，将步骤一中得到的永磁同步电机转子机械角速度永磁同步电机转子机械角度θ和交轴电流参考信号输入到改进扩张状态观测器中，由改进扩张状态观测器得到永磁同步电机转子位置观测信号Z1、永磁同步电机转子速度观测信号Z2以及总扰动误差估计值Z3，改进扩张状态观测器的表达式为：
[0012][0013]式(1)中，ε1为永磁同步电机转子机械角度观测值Z1与永磁同步电机转子机械角度θ的误差，ε2为永磁同步电机转子机械角速度观测值Z2与永磁同步电机转子机械角速度的误差，sign(
·
)为符号函数，β
01
、β
02
、β
03
和β
04
为系统的增益系数，h为采样周期，a为非线性系数，在本方法中a取分数，b0为改进扩张状态观测器补偿系数；
[0014]在本方法中，Z3包含未建模误差、参数误差、外界干扰等因素对电机负载转矩造成的影响；
[0015]在本方法中，改进扩张状态观测器补偿系数b0按下式求取；
[0016][0017]式(2)中，p
n
为永磁同步电机极对数，ψ
f
为永磁磁链，J为电机端系统集总转动惯量，R为电机定子相绕组电阻；步骤六，根据步骤五中得到的总扰动误差估计值Z3计算得到考虑总扰动误差影响的修正电流
[0018]步骤七，根据步骤四中得到的不考虑系统总扰动误差影响的交轴电流参考信号和步骤六中得到的考虑总扰动误差影响的修正电流计算得到交轴电流参考信号
[0019]步骤八，将步骤七中的交轴电流参考信号与步骤二中得到的交轴电流i
q
进行比较，即求取交轴电流参考信号与交轴电流i
q
的差值，所得到的差值输入到具有比例积分(PI)调节特性的电流控制器中，经电流控制器调节后得到交轴参考电压取直轴电流参考信号为0，将直轴电流参考信号与步骤二中得到的直轴电流i
d
进行比较，即求取直轴电流参考信号与直轴电流i
d
的差值，所得到的差值输入到具有比例积分(PI)调节特性的电流控制器中，经电流控制器调节后得到直轴参考电压
[0020]步骤九，将步骤八中得到的交轴参考电压和直轴参考电压经过Park逆变换得到定子二相αβ静止坐标系下的α轴参考电压和β轴参考电压
[0021]步骤十，由定子二相αβ静止坐标系下的α轴参考电压和β轴参考电压在SVPWM
脉冲生成器中完成SVPWM脉冲宽度计算，生成SVPWM脉冲；
[0022]步骤十一，将步骤十中生成的SVPWM脉冲输入到逆变器中，控制逆变器为永磁同步电机提供相应的SVPWM脉宽调制电压，永磁同步电机的运动趋势随之改变，永磁同步电机位置伺服控制得以实现。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023](1)本专利技术通过在扩张状态观测器中引入电机机械速度作为输入量，使得速度信号得到更好的跟随效果，提高了扩张状态观测器的观测效果。
[0024](2)本专利技术将传统扩张状态观测器与有限时间控制器相结合，在观测器中引入分数项，使控制器具备了在有限时间收敛的特点，使得控制器具有更好的鲁棒性和抗干扰性。
[0025](3)本专利技术优化扩张状态观测器的参数设计，提供了可行的参数整定方法，降低了参数整定的复杂程度，使得其具备更高的实际应用价值。
[0026](4)本专利技术通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机位置伺服控制方法，其特征在于，该方法是基于改进扩张状态观测器的自抗扰位置伺服控制方法，包括以下步骤：步骤一，对永磁同步电机的信号进行采样和解算，利用与永磁同步电机转子同轴相连的绝对位置编码器采样和解算得到永磁同步电机转子位置机械角度θ、永磁同步电机转子位置电角度θ
e
和永磁同步电机转子机械角速度利用无接触式霍尔电流传感器对永磁同步电机A、B和C三相定子电流i
A
、i
B
和i
C
进行采样；步骤二，将步骤一中采样得到的永磁同步电机A、B和C三相定子电流信号i
A
、i
B
和i
C
通过Clark变化得到二相αβ静止坐标系下的α轴电流i
α
和β轴电流i
β
，并将α轴电流i
α
和β轴电流i
β
通过Park正变化得到dq同步旋转坐标系下的直轴电流i
d
和交轴电流i
q
；步骤三，将外部给定的位置指令θ
*
输入到微分跟踪器中，经过微分跟踪器输出永磁同步电机转子位置参考信号θ
ref
和永磁同步电机转子速度参考信号步骤四，将步骤三中得到的永磁同步电机转子位置参考信号θ
ref
和永磁同步电机转子速度参考信号分别与经过改进扩张状态观测器得到的永磁同步电机转子位置观测信号Z1和永磁同步电机转子速度观测信号Z2作差，得到转子位置误差信号e1和转子速度误差信号e2，再将转子位置误差信号e1和转子速度误差信号e2输入到非线性反馈环节，由非线性反馈环节得到不考虑系统总扰动误差影响的交轴电流参考信号步骤五，将步骤一中得到的永磁同步电机转子机械角速度永磁同步电机转子机械角度θ和交轴电流参考信号输入到改进扩张状态观测器中，由改进扩张状态观测器得到永磁同步电机转子位置观测信号Z1、永磁同步电机转子速度观测信号Z2以及总扰动误差估计值Z3，改进扩张状态观测器的表达式为：式(1)中，ε1为永磁同步电机转子机械角度观测值Z1与...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈益广，刘宏旭，苏江，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：