一种永磁同步电机电流谐波扰动抑制方法技术

本申请公开了一种永磁同步电机电流谐波扰动抑制方法，包括：构建以电流为状态变量的d、q轴电流状态方程，对永磁同步电机驱动系统的d、q轴已知扰动和未知扰动进行建模；将未知扰动作为新的状态变量构建矢量扩张状态观测器，获取d、q轴未知扰动的直流扰动分量和谐波扰动分量的观测值；将直流扰动分量和谐波扰动分量的观测值之和作为未知扰动的观测值；构建矢量电流自抗扰控制器，将未知扰动的观测值与已知扰动相加，得到集中扰动的观测值；获取永磁同步电机驱动系统输出的电压的初步控制指令，将集中扰动的观测值补偿至初步控制指令中；本发明专利技术有助于降低永磁同步电机控制系统中由电流谐波引起的附加损耗和转矩波动，并提高电机运行的平稳性。电机运行的平稳性。电机运行的平稳性。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机电流谐波扰动抑制方法


[0001]本申请涉及电机控制
，更具体地，涉及一种基于矢量自抗扰控制器的永磁同步电机电流谐波扰动抑制方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机控制系统在实际运行中会遭受一系列内在的谐波扰动影响。谐波扰动频谱丰富，来源广泛。例如，气隙磁密非正弦、齿槽效应等因素会引起反电势谐波，逆变器开关管非线性特性会导致输出电压谐波，电流采样放大电路存在直流偏置，传感器个体间频率特性存在差异(如通道放大倍数不同、相位滞后不同)，会导致三相电流采样值不对称，在旋转坐标系下引起电流谐波。无论哪种形式的谐波扰动，最终都会作用到电机的电压方程中，造成电流谐波扰动。而电流谐波则进一步导致转矩波动，损耗增加，降低电机稳态运行性能。
[0003]自抗扰控制是一种近些年来在永磁同步电机控制领域具备广阔应用前景的新型控制方法。永磁同步电机自抗扰控制器的谐波扰动抑制性能取决于扩张状态观测器对该类扰动的观测精度。理论上，若扩张状态观测器带宽足够高，谐波扰动总能被精确观测并补偿至控制器输出，以使系统免受该扰动影响。然而，受采样噪声和控制器时延影响，扩张状态观测器带宽存在上限。于是，当转速超过一定值后，谐波扰动频率将超出扩张状态观测器带宽，扰动估计精度大幅下降。此外，过高的带宽将导致自抗扰控制器丧失其低频段的噪声抑制能力。因此，针对永磁同步电机中的电流谐波扰动，传统自抗扰控制器无法取得较好的抑制效果。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种永磁同步电机电流谐波扰动抑制方法，其目的在于抑制永磁同步电机中的电流谐波扰动，从而降低电机输出转矩的波动，提高电机运行的平稳性。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种永磁同步电机电流谐波扰动抑制方法，该方法主要包括：
[0006]S1构建以电流为状态变量的d、q轴电流状态方程，并根据d、q轴电流状态方程对永磁同步电机驱动系统的d、q轴已知扰动和未知扰动进行建模，得到扰动模型；
[0007]S2将所述扰动模型中的未知扰动作为新的状态变量构建矢量扩张状态观测器，获取所述矢量扩张状态观测器输出的d、q轴未知扰动的直流扰动分量和谐波扰动分量的观测值；将所述直流扰动分量和谐波扰动分量的观测值之和作为未知扰动的观测值；
[0008]S3构建矢量电流自抗扰控制器，将所述未知扰动的观测值与已知扰动相加，得到集中扰动的观测值；
[0009]S4获取永磁同步电机驱动系统输出的电压的初步控制指令，将所述集中扰动的观测值补偿至所述初步控制指令中，得到谐波扰动抑制后的电压控制指令。
[0010]优选的，上述永磁同步电机电流谐波扰动抑制方法，其S4中，所述获取永磁同步电机驱动系统输出的电压的初步控制指令，为：
[0011]获取d、q轴电流的指令值和反馈值，根据所述指令值和反馈值计算d、q 轴的电流控制误差；
[0012]将所述电流控制误差输入至比例控制器，将d、q轴电流的指令值的微分前馈至比例控制器的输出，得到电压的初步控制指令。
[0013]优选的，上述永磁同步电机电流谐波扰动抑制方法，其S2中，所述矢量扩张状态观测器具体为：
[0014]定义x
1d
＝i
d
，x
1q
＝i
q
；将扰动模型中的未知扰动定义为新的状态变量，即 x
2d
＝f
1d
，x
2q
＝f
1q
；在频域下设计矢量扩张状态观测器：
[0015][0016]其中，X1(s)为d、q轴电流矢量，X1(s)＝[X
1d
(s) X
1q
(s)]T
；
[0017]X2(s)为未知扰动矢量，X2(s)＝[X
2d
(s) X
2q
(s)]T
；
[0018]U
*
(s)为d、q轴电压指令矢量，
[0019]Z1(s)为d、q轴电流观测值矢量，Z1(s)＝[Z
1d
(s) Z
1q
(s)]T
；
[0020]Z2(s)为未知扰动观测值矢量，Z2(s)＝[Z
2d
(s) Z
2q
(s)]T
；
[0021]E1(s)为电流观测误差矢量，E1(s)＝[E
1d
(s) E
1q
(s)]T
；
[0022]F0(s)为已知扰动矢量，F0(s)＝[F
0d
(s) F
0q
(s)]T
；
[0023][0024]β1、β2为观测器增益参数；
[0025]ω
re
为谐波扰动的频率；
[0026]ω
c
为截至频率；
[0027]s为拉普拉斯算子，j为虚数因子。
[0028]优选的，上述永磁同步电机电流谐波扰动抑制方法，所述将直流扰动分量和谐波扰动分量的观测值之和作为未知扰动的观测值，具体为：
[0029]将未知扰动的观测值Z2(s)表示为直流扰动和谐波扰动之和：
[0030][0031]其中，为d、q轴直流扰动观测值矢量，
[0032]为d、q轴谐波扰动观测值矢量，
[0033]优选的，上述永磁同步电机电流谐波扰动抑制方法还包括：将频域下的矢量扩张状态观测器转换为时域标量形式：
[0034][0035]其中，z
1d
、z
1q
分别为x
1d
、x
1q
(即电流i
d
、i
q
)的观测值；
[0036]e
1d
、e
1q
分别为d、q轴电流观测误差；
[0037]z
2d
、z
2q
分别为x
2d
、x
2q
(即未知扰动f
1d
、f
1q
)的观测值；
[0038]分别为d、q轴直流扰动的观测值；
[0039]分别为d、q轴谐波扰动的观测值；
[0040]β1、β2为观测器增益参数；
[0041]ω
re
为谐波扰动的频率；
[0042]ω
c
为截至频率。
[0043]优选的，上述永磁同步电机电流谐波扰动抑制方法，其S1中，所述扰动模型具体为：
[0044][0045]其中，i
d
、i
q
为同步坐标系下的d、q轴电流；
[0046]u
d
、u
q
分别为同步坐标系下的d、q轴电压分量
[0047]分别为d、q轴电压的控制指令；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电流谐波扰动抑制方法，其特征在于，包括：S1构建以电流为状态变量的d、q轴电流状态方程，并根据d、q轴电流状态方程对永磁同步电机驱动系统的d、q轴已知扰动和未知扰动进行建模，得到扰动模型；S2将所述扰动模型中的未知扰动作为新的状态变量构建矢量扩张状态观测器，获取所述矢量扩张状态观测器输出的d、q轴未知扰动的直流扰动分量和谐波扰动分量的观测值；将所述直流扰动分量和谐波扰动分量的观测值之和作为未知扰动的观测值；S3构建矢量电流自抗扰控制器，将所述未知扰动的观测值与已知扰动相加，得到集中扰动的观测值；S4获取永磁同步电机驱动系统输出的电压的初步控制指令，将所述集中扰动的观测值补偿至所述初步控制指令中，得到谐波扰动抑制后的电压控制指令。2.如权利要求1所述的永磁同步电机电流谐波扰动抑制方法，其特征在于，S4中，所述获取永磁同步电机驱动系统输出的电压的初步控制指令，为：获取d、q轴电流的指令值和反馈值，根据所述指令值和反馈值计算d、q轴的电流控制误差；将所述电流控制误差输入至比例控制器，将d、q轴电流的指令值的微分前馈至比例控制器的输出，得到电压的初步控制指令。3.如权利要求1或2所述的永磁同步电机电流谐波扰动抑制方法，其特征在于，S2中，所述矢量扩张状态观测器具体为：定义x
1d
＝i
d
，x
1q
＝i
q
；将扰动模型中的未知扰动定义为新的状态变量，即x
2d
＝f
1d
，x
2q
＝f
1q
；在频域下设计矢量扩张状态观测器：其中，X1(s)为d、q轴电流矢量，X1(s)＝[X
1d
(s) X
1q
(s)]
T
；X2(s)为未知扰动矢量，X2(s)＝[X
2d
(s) X
2q
(s)]
T
；U
*
(s)为d、q轴电压指令矢量，Z1(s)为d、q轴电流观测值矢量，Z1(s)＝[Z
1d
(s) Z
1q
(s)]
T
；Z2(s)为未知扰动观测值矢量，Z2(s)＝[Z
2d
(s) Z
2q
(s)]
T
；E1(s)为电流观测误差矢量，E1(s)＝[E
1d
(s) E
1q
(s)]
T
；F0(s)为已知扰动矢量，F0(s)＝[F
0d
(s) F
0q
(s)]
T
；β1、β2为观测器增益参数；ω
re
为谐波扰动的频率；ω
c
为截至频率；
s为拉普拉斯算子，j为虚数因子。4.如权利要求3所述的永磁同步电机电流谐波扰动抑制方法，其特征在于，所述将直流扰动分量和谐波扰动分量的观测值之和作为未知扰动的观测值，具体为：将未知扰动的观测值Z2(s)表示为直流扰动和谐波扰动之和：其中，为d、q轴直流扰动观测值矢量，为d、q轴直流扰动观测值矢量，为d、q轴谐波扰动观测值矢量，5.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，姜峰，杨帆，柳岸明，孙宋君，罗成，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：