一种基于Smith预估补偿的PMSM控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于Smith预估补偿的PMSM控制方法，包括如下步骤：步骤1：建立包含扰动项的PMSM数学模型；步骤2：在所述PMSM数学模型中引入Smith预估补偿器，采用时变模型自适应预估方法估计延迟时间和被控对象模型参数，得到全参数自适应的Smith预估补偿器；所述时变模型自适应预估方法为：先加入一个时变环节，输入控制量，使两个输出量的误差趋近于0，以获得对应的自适应律；步骤3：采用基于滑模控制的前馈补偿控制器对输出进行前馈补偿。本发明专利技术采用时变模型自适应预估方法来估计延迟时间和被控对象模型参数，为Smith预估补偿提供了精确的参数；通过设计滑模前馈控制器，与Smith预估补偿相结合，确保了系统的整体稳定。确保了系统的整体稳定。确保了系统的整体稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Smith预估补偿的PMSM控制方法


[0001]本专利技术涉及伺服电机控制领域，尤其涉及一种基于Smith预估补偿的PMSM控制方法。

技术介绍

[0002]在交流伺服系统中，由于交流永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，简记为PMSM)具有转矩密度高、转矩平滑和运行速度高等优点，从而使得PMSM成为高性能交流伺服驱动的最佳选择。
[0003]在永磁同步电机伺服控制系统中，从数学模型的角度看，逆变器可以看作是一个延迟环节，而该延迟环节严重影响了伺服系统控制精度和稳定裕度，如何克服该延迟环节对系统性能的影响一直是伺服系统控制中的一个热点课题。
[0004]在传统的对延迟环节近似的方法中，最常见的是将延迟环节进行泰勒展开，近似为一阶惯性环节。这种近似方法将延迟环节线性化，简化了设计复杂度，但只能用于精度要求不高的场合，无法满足需要彻底克服延迟效应的高精度场合。因此为了提高近似精度，有学者针对延迟环节提出了Pade近似和DFR近似(Direct Frequency Response Approximation)等多种近似方法。相比较于一阶惯性环节，Pade近似和DFR近似的传递函数分子分母是同阶的，更为接近延迟环节。然而，这两种近似方法的缺点在于微分阶数过高，容易产生振动。而且再高精度的近似，与真正的延迟环节依然存在误差的。针对不同的输入信号，近似效果也是不同的，因此不能完全代替延迟环节。
[0005]为了彻底克服伺服系统中逆变器的延迟效应的影响，需要在反馈通路中引入Smith预估补偿器。传统的Smith预估补偿器由延迟环节与被控对象模型组成，通过在闭环传递函数的分母中抵消原有的延迟环节，从而保证控制系统整体的稳定性。该方法原理简单、容易实现，与将延迟环节线性化近似相比，能从真正的意义上完全克服延迟效应。然而，传统Smith预估补偿器最大的问题是需要被控对象模型的精确参数，而实际应用中参数是未知或不确定的。不精确的参数不仅会降低Smith预估补偿器的补偿效果，还会破坏系统的稳定性。
[0006]因此，如何克服参数不确定性对Smith预估补偿器补偿效果的影响是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种基于Smith预估补偿的PMSM控制方法，以解决上述技术问题。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于Smith预估补偿的PMSM控制方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1：建立包含扰动项的PMSM数学模型；
[0010]步骤2：在所述PMSM数学模型中引入Smith预估补偿器，采用时变模型自适应预估方法估计延迟时间和被控对象模型参数，得到全参数自适应的Smith预估补偿器；所述时变
模型自适应预估方法为：先加入一个时变环节，输入控制量，使两个输出量的误差趋近于0，以获得对应的自适应律；
[0011]步骤3：采用基于滑模控制的前馈补偿控制器对输出进行前馈补偿。
[0012]较佳地，在d
‑
q轴坐标系下采用矢量控制，令i
d
＝0的条件下，含扰动项的PMSM数学模型为：
[0013][0014]其中，y为角度位置输出，ω为角速度输出，i
q
为q轴电流，u
q
为q轴电压，d为均值为0的高斯白噪声扰动，J为转动惯量，B为粘滞摩擦系数，K
t
为转矩系数，K
e
为反电动势系数，R为定子电阻，L为定子电感。
[0015]较佳地，采用时变模型自适应预估方法估计延迟时间的方法包括：在延迟环节两端并联一个时变延迟环节向两个延迟环节输入相同的控制量u
r
，通过比较两个输出量u
q
和的误差e
τ
来调节时变延迟环节的延迟时间直到误差趋近于0，此时的趋近于真实的延迟时间，计算得到延迟时间估计值的自适应律。
[0016]较佳地，定义两个延迟环节的输出误差e
τ
为：
[0017][0018]取李雅普诺夫函数V
τ
及其导数：
[0019][0020][0021]其中，k
τ
为延迟时间估计参数，由上式可得：
[0022][0023][0024]计算得到延迟时间估计值的自适应律，并将所述自适应律引入Smith预估补偿器的延迟环节中。
[0025]较佳地，计算被控对象模型参数的自适应律，将被控对象模型参数的自适应律引入Smith预估补偿器，
[0026][0027]其中，e
ω
为实际速度输出与时变模型速度输出的误差，为被控对象模型参数的估计值，μ1和μ2分别为模型参数估计参数。
[0028]较佳地，所述前馈补偿控制器的控制量的计算中出现对位置输出的超前预测，采用二次补偿预测位置超前值。
[0029]较佳地，经过二次补偿的预测位置超前值y(t+τ)为：
[0030]y(t+τ)＝(1
‑
2p+p2)y0+(2
‑
p)y，
[0031]其中，y为实际位置输出，y0为未经补偿的预测位置超前值，p为延迟算子。较佳地，位置输出跟踪给定输入的延迟信号：
[0032]e＝r(t
‑
τ)
‑
y，
[0033]其中，r为给定输入信号；
[0034]定义线性滑模面s：
[0035][0036]其中，c为线性滑模面参数；
[0037]计算得到所述滑模前馈控制器的前馈控制量u
f
为：
[0038][0039]其中，u
pid
为PID控制器的输出，D＝max(|d|)，为高斯白噪声扰动的最大振幅，k
s
为李雅普诺夫函数的衰减系数。
[0040]与现有技术相比，本专利技术提供的基于Smith预估补偿的PMSM控制方法具有如下优点：
[0041]1、本专利技术采用时变模型自适应预估方法来估计延迟时间和被控对象模型参数，为Smith预估补偿提供了精确的参数；通过设计滑模前馈控制器，与Smith预估补偿相结合，确保了系统的整体稳定；
[0042]2、本专利技术通过“二次补偿位置输出超前预测”，为控制器提供位置输出超前量，从而在经过延迟环节时，可以抵消延迟效应，给被控对象输入及时的控制量。
附图说明
[0043]图1为本专利技术一具体实施方式中PMSM简化数学模型结构框图；
[0044]图2为本专利技术一具体实施方式中理想Smith预估补偿器的原理图；
[0045]图3为本专利技术一具体实施方式中延迟时间估计结构原理图；
[0046]图4为本专利技术一具体实施方式中延迟时间估计曲线图；
[0047]图5为本专利技术一具体实施方式中被控对象模型参数估计结构原理图；
[0048]图6为本专利技术一具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Smith预估补偿的PMSM控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：建立包含扰动项的PMSM数学模型；步骤2：在所述PMSM数学模型中引入Smith预估补偿器，采用时变模型自适应预估方法估计延迟时间和被控对象模型参数，得到全参数自适应的Smith预估补偿器；所述时变模型自适应预估方法为：先加入一个时变环节，输入控制量，使两个输出量的误差趋近于0，以获得对应的自适应律；步骤3：采用基于滑模控制的前馈补偿控制器对输出进行前馈补偿。2.如权利要求1所述的基于Smith预估补偿的PMSM控制方法，其特征在于，在d
‑
q轴坐标系下采用矢量控制，令i
d
＝0的条件下，含扰动项的PMSM数学模型为：其中，y为角度位置输出，ω为角速度输出，i
q
为q轴电流，u
q
为q轴电压，d为均值为0的高斯白噪声扰动，J为转动惯量，B为粘滞摩擦系数，K
t
为转矩系数，K
e
为反电动势系数，R为定子电阻，L为定子电感。3.如权利要求2所述的基于Smith预估补偿的PMSM控制方法，其特征在于，采用时变模型自适应预估方法估计延迟时间的方法包括：在延迟环节两端并联一个时变延迟环节向两个延迟环节输入相同的控制量u
r
，通过比较两个输出量u
q
和的误差e
τ
来调节时变延迟环节的延迟时间直到误差趋近于0，此时的趋近于真实的延迟时间，计算得到延迟时间估计值的自适应律。4.如权利要求3所述的基于Smith预估补偿的PMSM控制方法，其特征在于，定义两个延迟环节的输出误差e
τ
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱其新，王嘉祺，金建锋，刘红俐，谢鸥，黄晟平，牛雪梅，沈晔湖，蒋全胜，
申请(专利权)人：苏州杰森电器有限公司，
类型：发明
国别省市：