一种无刷双馈电机转矩脉动抑制方法技术

一种无刷双馈电机转矩脉动抑制方法，该方法先搭建无刷双馈电机的电流环和转速环模型，再根据电流环和转速环模型建立自抗扰控制器，且自抗扰控制器包括d轴改进电流控制器、q轴电流环自抗扰控制器以及转速环自抗扰控制器，d轴改进电流控制器包括d轴电流环自抗扰控制器及与其并联的改进重复控制器，然后采用建立的自抗扰控制器对无刷双馈电机进行控制。本发明专利技术将自抗扰控制器与改进重复控制器相结合，利用扩张状态观测器进行干扰估计，且干扰中包含其耦合项，使得电流动态响应更快，对参数鲁棒性更强；同时，并联的改进重复控制器可以克服不控整流引入的高频电流谐波，当工况突变时，也能限制其动态响应不产生过大的超调。能限制其动态响应不产生过大的超调。能限制其动态响应不产生过大的超调。

【技术实现步骤摘要】
一种无刷双馈电机转矩脉动抑制方法


[0001]本专利技术属于电机控制
，具体涉及一种无刷双馈电机转矩脉动抑制方法。

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，但无刷双馈电机调速系统出于成本考虑，一般使用电网不控整流作为控制绕组逆变器的直流源，因此其中包含诸多谐波，会直接引起电机转矩脉动。为抑制电机转矩脉动，传统方法一般为在电流控制器上并联基于内模原理的控制器，但无刷双馈电机工作状态多变，其转速需要实时适应各种工况需求，该抑制方法在动态过程中会出现超调，且恢复稳定时间较长。

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]一种无刷双馈电机转矩脉动抑制方法，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轴改进电流控制器、q轴电流环自抗扰控制器以及转速环自抗扰控制器，其中，所述d轴改进电流控制器包括d轴电流环自抗扰控制器及与其并联的改进重复控制器：
[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轴改进电流控制器的建立方法包括：基于不控整流谐波频率设计改进重复控制器，并将改进重复控制器在选定频率处谐振，前馈补偿谐波；基于电流环模型，将电流状态变量以外的项均视为干扰，利用扩张状态观测器进行观测并前馈；利用前馈值与指令值设计控制律。
[0027]所述d轴改进电流控制器的控制律为：
[0028][0029]上式中，u为改进电流控制器的输出，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，G
falrc
(z)为改进重复控制器。
[0030]所述改进重复控制器的表达式如下：
[0031][0032][0033][0034]上式中，fal(ε，α，δ)为fal函数，ε为输入，α为0
‑
1之间的常数，δ为决定函数线性段区间长度的常数，z
‑
N
为延迟参数，N为1时表示单位延迟算子，Q(z)为稳定系数，K
rc
为用于调整输出大小的开环增益，z
K
为相位调节参数，K为用于调整输出相位的延迟补偿系数，f
s
为PWM的开关频率，f
dbase
为6次谐波干扰的频率。
[0035]所述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；
[0036]所述q轴电流环自抗扰控制器的控制律为：
[0037][0038]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。
[0039]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；
[0040]所述转速环自抗扰控制器的控制律为：
[0041][0042]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。
[0043]所述自抗扰控制器还包括无功PI控制器，所述无功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无刷双馈电机转矩脉动抑制方法，其特征在于：所述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轴改进电流控制器、q轴电流环自抗扰控制器以及转速环自抗扰控制器，其中，所述d轴改进电流控制器包括d轴电流环自抗扰控制器及与其并联的改进重复控制器；步骤C、采用建立的自抗扰控制器对无刷双馈电机进行控制。2.根据权利要求1所述的一种无刷双馈电机转矩脉动抑制方法，其特征在于：步骤A中，所述电流环模型为：所述电流环模型为：所述电流环模型为：所述电流环模型为：所述电流环模型为：所述电流环模型为：所述电流环模型为：所述电流环模型为：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所述的一种无刷双馈电机转矩脉动抑制方法，其特征在于：步骤B中，所述d轴改进电流控制器的建立方法包括：基于不控整流谐波频率设计改进重复控制器，并将改进重复控制器在选定频率处谐振，前馈补偿谐波；基于电流环模型，将电流状态变量以外的项均视为干扰，利用扩张状态观测器进行观测并前馈；利用前馈值与指令值设计控制律。4.根据权利要求3所述的一种无刷双馈电机转矩脉动抑制方法，其特征在于：所述d轴改进电流控制器的控制律为：上式中，u为改进电流控制器的输出，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，G
falrc
(z)为改进重复控制器。5.根据权利要求4所述的一种无刷双馈电机转矩脉动抑制方法，其特征在于：所述改进重复控制器的表达式如下：所述改进重复控制器的表达式如下：所述改进重复控制器的表达式如下：上式中，fal(ε，α，δ)为fal函数，ε为输入，α为0
‑
1之间的常数，δ为决定函数线性段区间长度的常数，z
‑
N
为延迟参数，N为1时表示单位延迟算子，Q(z)为稳定系数，K
...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊志，赵红生，郑旭，徐秋实，杨凯，罗成，任羽纶，王佳，吴启亮，王俊琪，
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：