一种参数鲁棒性无刷双馈电机解耦抗扰控制方法技术

一种参数鲁棒性无刷双馈电机解耦抗扰控制方法，该方法先搭建无刷双馈电机的电流环和速度环模型，再根据电流环和速度环模型建立自抗扰控制器，且自抗扰控制器包括d轴电流环自抗扰控制器、q轴电流环自抗扰控制器以及转速环自抗扰控制器，然后采用建立的自抗扰控制器对无刷双馈电机进行解耦抗扰控制。相比传统电流环，本发明专利技术自抗扰控制电流环具有更高的抗扰性能，拥有更高频的电流跟踪能力，响应更快，且转速环无论是针对阶跃的速度信号或是负载突变，也能更快进行响应，极大的提高了转速和电流的控制精度。流的控制精度。流的控制精度。

【技术实现步骤摘要】
一种参数鲁棒性无刷双馈电机解耦抗扰控制方法


[0001]本专利技术属于电机控制
，具体涉及一种参数鲁棒性无刷双馈电机解耦抗扰控制方法。

技术介绍

[0002]无刷双馈电机(Brushless Doubly
‑
Fed Machine，BDFM)作为一种新型交流电机，因为其结构上具有的诸多优点，近年来引起了越来越多的关注和研究。这种电机定子上都会布置有两套绕组，并且这两套绕组间彼此独立。其中，与电网直接相连的一套定子绕组称为功率绕组(Power Winding，PW)，另外一套定子绕组则称为控制绕组(Control Winding，CW)。电机转子上只存在一套经过特殊设计的绕组(Rotor Winding，RW)，通过这个转子的调制，实现两套定子绕组磁场的间接耦合，从而完成电机的机电能量转换。
[0003]无刷双馈电机运行模式多样，可以实现异步或同步运行。其容错稳定性相较于传统电机大幅提升，且只要电机的功率绕组和控制绕组按照不同的电压等级进行设计，就可以实现利用低压变频器控制高压电机的目的，这极大地降低了调速系统的成本。并且其控制目标中存在无功项，可以实现单位功率因数控制，但目前控制方法都极其依赖电机参数进行电流环方程解耦，若参数不准确，利用解耦后方程设计的控制器性能难以得到保证。且传统控制器的抗扰性能较差，尤其是在速度环，负载突变引起的动态过程取决于控制器的带宽，但往往带宽极限也无法满足更高响应速度的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种能够有效提高动态响应速度的参数鲁棒性无刷双馈电机解耦抗扰控制方法。
[0005]为实现以上目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种参数鲁棒性无刷双馈电机解耦抗扰控制方法，依次包括以下步骤：
[0007]步骤A、搭建无刷双馈电机的电流环和转速环模型；
[0008]步骤B、根据电流环和转速环模型建立自抗扰控制器，所述自抗扰控制器包括d轴电流环自抗扰控制器、q轴电流环自抗扰控制器以及转速环自抗扰控制器；
[0009]步骤C、采用建立的自抗扰控制器对无刷双馈电机进行解耦抗扰控制。
[0010]步骤A中，所述电流环模型为：
[0011][0012][0013][0014][0015][0016][0017][0018][0019][0020]上式中，i
cd
、i
cq
分别为功率绕组定向同步坐标系下控制绕组的d、q轴电流，u
cd
、u
cq
分别为功率绕组定向同步坐标系下控制绕组的d、q轴电压，分别为控制绕组的d、q轴理想电压，t为时间，σ、K
d
、K
q
、L
M
为中间参数，b0、f
d
、f
q
分别为电流环控制增益、d轴总扰动、q轴总扰动，L
sc
、L
sp
、L
r
分别为控制绕组、功率绕组、转子的自感，r
c
为控制绕组电阻，M
cr
、M
pr
分别为控制绕组与转子之间的互感、功率绕组与转子之间的互感，ω
p
、ω
c
分别为电网电频率、控制绕组电频率，r
r
为转子电阻，i
pd
、i
pq
分别为功率绕组定向同步坐标系下功率绕组的d、q轴电流，ψ
p
为功率绕组定向同步坐标系下的功率绕组磁链；
[0021]所述转速环模型为：
[0022][0023][0024][0025]上式中，ω
r
为转子角速度，J为转动惯量，p
p
、p
c
分别为功率绕组、控制绕组的极对数，T
L
为转矩，B为摩擦系数，b
speed
、f
w
分别为转速环的控制增益和总扰动，为控制绕组的d轴理想输出电压。
[0026]步骤B中，所述d轴电流环自抗扰控制器、q轴电流环自抗扰控制器的建立方法包括：基于电流环模型，将电流状态变量以外的项均视为干扰，利用线性扩张状态观测器进行观测并前馈，利用电流前馈值与指令值设计控制律。
[0027]所述d轴电流环自抗扰控制器的控制律为：
[0028][0029]上式中，u为d轴电流环自抗扰控制器的输出，b0为电流环控制增益，K
p
为控制律比例参数，为控制绕组的d轴理想电流，z
1_d
、z
2_d
分别为控制绕组的d轴观测电流、d轴干扰估计值；
[0030]所述q轴电流环自抗扰控制器的控制律为：
[0031][0032]上式中，u为q轴电流环自抗扰控制器的输出，b0为电流环控制增益，K
p
为控制律比例参数，为控制绕组的d轴理想电压，z
1_q
、z
2_q
分别为控制绕组的q轴观测电流、q轴干扰估计值。
[0033]步骤B中，所述转速环自抗扰控制器的建立方法包括：基于转速环模型，将控制绕组d轴电流状态变量以外的项均视为干扰，利用线性扩张状态观测器进行观测后前馈补偿，并将转子角速度与转矩设为状态量构建转矩线性扩张状态观测器，观测转矩变化，前馈至转速环输出。
[0034]所述转速环自抗扰控制器的控制律为：
[0035][0036]上式中，u
*
为转速环自抗扰控制器的输出，b
speed
为转速环控制增益，K
p
为控制律比例参数，为转子的理想角速度，z
1_speed
、z
2_speed
分别为转子角速度观测值、转速环干扰估计值，z
2_T
为转矩估计值。
[0037]所述自抗扰控制器还包括无功PI控制器，所述无功PI控制器用于控制控制绕组q轴电流以实现无功为0，无功PI控制器基于如下公式、根据q轴功率电流反馈进行设计：
[0038][0039]所述步骤C依次包括以下步骤：
[0040]S1、对于d轴电流环自抗扰控制器，将控制绕组的d轴电流i
cd
以及该控制器的输出u输入至线性扩张状态观测器中，得到控制绕组的d轴观测电流z
1_d
与d轴干扰估计值z
2_d
；对于q轴电流环自抗扰控制器，将控制绕组的q轴电流i
cq
以及该控制器的输出u输入至线性扩张状态观测器中，得到控制绕组的q轴观测电流z
1_q
与q轴干扰估计值z
2_q
；对于转速环自抗扰控制器，将转子角速度ω
r
以及传统自抗扰控制部分的输出u输入至线性扩张状态观测器中，得到转子角速度观测值z
1_speed
与转速环干扰估计值z
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种参数鲁棒性无刷双馈电机解耦抗扰控制方法，其特征在于：所述控制方法依次包括以下步骤：步骤A、搭建无刷双馈电机的电流环和转速环模型；步骤B、根据电流环和转速环模型建立自抗扰控制器，所述自抗扰控制器包括d轴电流环自抗扰控制器、q轴电流环自抗扰控制器以及转速环自抗扰控制器；步骤C、采用建立的自抗扰控制器对无刷双馈电机进行解耦抗扰控制。2.根据权利要求1所述的一种参数鲁棒性无刷双馈电机解耦抗扰控制方法，其特征在于：步骤A中，所述电流环模型为：步骤A中，所述电流环模型为：步骤A中，所述电流环模型为：步骤A中，所述电流环模型为：步骤A中，所述电流环模型为：步骤A中，所述电流环模型为：步骤A中，所述电流环模型为：步骤A中，所述电流环模型为：步骤A中，所述电流环模型为：上式中，i
cd
、i
cq
分别为功率绕组定向同步坐标系下控制绕组的d、q轴电流，u
cd
、u
cq
分别为功率绕组定向同步坐标系下控制绕组的d、q轴电压，分别为控制绕组的d、q轴理想电压，t为时间，σ、K
d
、K
q
、L
M
为中间参数，b0、f
d
、f
q
分别为电流环控制增益、d轴总扰动、q轴总扰动，L
sc
、L
sp
、L
r
分别为控制绕组、功率绕组、转子的自感，r
c
为控制绕组电阻，M
cr、
M
pr
分别为控制绕组与转子之间的互感、功率绕组与转子之间的互感，ω
p
、ω
c
分别为电网电频率、控制绕组电频率，r
r
为转子电阻，i
pd
、i
pq
分别为功率绕组定向同步坐标系下功率绕组的d、q轴电流，ψ
p
为功率绕组定向同步坐标系下的功率绕组磁链；
所述转速环模型为：所述转速环模型为：所述转速环模型为：上式中，ω
r
为转子角速度，J为转动惯量，p
p
、p
c
分别为功率绕组、控制绕组的极对数，T
L
为转矩，B为摩擦系数，b
speed
、f
w
分别为转速环的控制增益和总扰动，为控制绕组的d轴理想输出电压。3.根据权利要求1或2所述的一种参数鲁棒性无刷双馈电机解耦抗扰控制方法，其特征在于：步骤B中，所述d轴电流环自抗扰控制器、q轴电流环自抗扰控制器的建立方法包括：基于电流环模型，将电流状态变量以外的项均视为干扰，利用线性扩张状态观测器进行观测并前馈，利用电流前馈值与指令值设计控制律。4.根据权利要求3所述的一种参数鲁棒性无刷双馈电机解耦抗扰控制方法，其特征在于：所述d轴电流环自抗扰控制器的控制律为：上式中，u为d轴电流环自抗扰控制器的输出，b0为电流环控制增益，K
p
为控制律比例参数，为控制绕组的d轴理想电流，z
1_d
、z
2_d
分别为控制绕组的d轴观测电流、d轴干扰估计值；所述q轴电流环自抗扰控制器的控制律为：上式中，u为q轴电流环自抗扰控制器的输出，b0为电流环控制增益，K
p
为控制律比例参数，为控制绕组的d轴理想电压，z
1_q
、z
2_q
分别为控制绕组的q轴观测电流、q轴干扰估计值。5.根据权利要求1或2所述的一种参数鲁棒性无刷双馈电机解耦抗扰控制方法，其特征在于：步骤B中，所述转速环自抗扰控制器的建立方法包括：基于转速环模型，将控制绕组d轴电流状态变量以外的项均视为干扰，利用线性扩张状态观测器进行观测后前馈补偿，并将转...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊志，陈峰，赵红生，杨凯，罗成，王博，郑旭，徐秋实，任羽纶，莫石，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：