一种永磁同步电机电流环和转速环抗干扰方法技术

本发明专利技术提供了一种永磁同步电机电流环和转速环抗干扰方法，建立永磁同步电机在d

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机电流环和转速环抗干扰方法


[0001]本专利技术涉及电机伺服控制领域，尤其涉及一种永磁同步电机电流环和转速环抗干扰方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)具有效率高、功率密度高、转矩密度高等优点，被广泛应用于电动汽车、轨道牵引、电力拖动、数控机床、航空航天等领域。然而，PMSM在运行过程中受到多种来自内部和外部的扰动，例如电流环逆变器死区效应及电压波动、电机内部磁链谐波、齿槽转矩、电机本体参数变化、机械摩擦和负载转矩等，导致电机控制性能下降，甚至缩短电机的使用寿命。
[0003]基于电流环和转速环的双闭环控制方法是目前常用的PMSM控制技术，早期研究采用PI控制方法设计电流调节器和转速调节器，适用于控制要求不高的场合，随着伺服控制精度和性能要求的不断提高，多种先进控制方法被用于设计电流调节器和转速调节器，例如滑模控制、自适应控制、模糊控制、H∞鲁棒控制等，但是该类方法都是通过减小电流调节器和转速调节器对扰动的灵敏度，设计较为复杂，并且由于电流调节器和转速调节器还需要用来调节电机对目标指令的跟踪性能，因此，采用该类方法存在目标跟踪性能和扰动抑制性能的折中问题。近年来，多种主动扰动抑制方法被提出，例如自抗扰技术、扰动观测器技术和等价输入干扰(Equivalent InputDisturbance,EID)方法等，有研究将该类主动扰动抑制方法应用到永磁同步电机的扰动抑制，但是现有研究多数将电机受到的各种扰动视为总扰动，需要设计一种观测机制进行估计并补偿，然而永磁同步电机中存在多种扰动中，不同的扰动具有不同的特性，例如高频谐振信号和低频的外部扰动同时存在，现有技术中，多数通过电流调节器和转速调节器对电流环和转速环所受扰动进行压制，对多源扰动，特别是高频谐振信号和电机本体参数变化等扰动，存在着扰动抑制的局限性。因此，如何有效抑制永磁同步电机运行过程受到的各种扰动是需要解决的问题，急需研究一种新的抗干扰方法，解决传统方法中存在的局限性，以提升永磁同步电机的控制性能。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种永磁同步电机电流环和转速环抗干扰方法，主要包括：
[0005]S1：建立永磁同步电机在同步旋转坐标系下的模型，分别得到电流控制和转速控制的状态方程，分别设计电流调节器和转速调节器；
[0006]S2：根据电流控制的状态方程，设计电流观测器，得到电流观测值，并设计多个电流环EID估计器，用于估计电流环低频扰动和高频谐振信号；
[0007]S3：根据转速控制的状态方程，设计转速观测器，得到转速观测值，并设计转速环EID估计器，用于估计电机本体参数变化和负载转矩的等效扰动值；
[0008]S4：根据电流调节器和电流环EID估计器的输出，设计电流环的复合控制规律，以
提高电流环的扰动抑制能力；根据转速调节器和转速环EID估计器的输出，设计转速环的复合控制规律，以提高转速环的扰动抑制能力。
[0009]进一步地，步骤S1中，所述模型为：
[0010][0011]其中，i
d
和i
q
为永磁同步电机在d
‑
q坐标系下的电流，u
d
和u
q
为永磁同步电机在d
‑
q坐标系下的电压，L
d
和L
q
为永磁同步电机在d
‑
q坐标系下的电感，R
s
为永磁同步电机线圈的电阻，ω为永磁同步电机的转速，ψ
f
为永磁同步电机内部磁链值，B
v
为永磁同步电机内部摩擦系数，J为永磁同步电机的转动惯量，n
p
为永磁同步电机的极对数，T
e
为永磁同步电机产生的电磁转矩，T
L
为负载转矩。
[0012]进一步地，所述电流环控制的状态方程为：
[0013][0014]其中，A
i
，B
i
为永磁同步电机参数，B
d
为扰动输入通道参数，x
i
为电流环状态，x
i
＝[i
d
，i
q
]T
，i
d
和i
q
为永磁同步电机在d
‑
q坐标系下的电流，u
i
为电流环控制量，u
i
＝[u
d
，u
q
]T
，u
d
和u
q
为永磁同步电机在d
‑
q坐标系下的电压，d0为电流环受到的总扰动。
[0015]进一步地，所述转速环控制的状态方程为：
[0016][0017]其中，B
v
为永磁同步电机内部摩擦系数，ω为永磁同步电机的转速，i
q
为永磁同步电机在d
‑
q坐标系下的沿q轴方向的电流，J为永磁同步电机的转动惯量，K
τ
为转矩系数，T
d
为转速环的等效扰动值。
[0018]进一步地，所述转速调节器为：
[0019][0020]其中，u
cω
为转速调节器的输出，K
Pω
，K
Iω
为转速调节器增益，e
ω
＝ω
*
‑
ω，ω
*
表示转速期望值，ω为永磁同步电机的转速，t为调节时间。
[0021]进一步地，所述电流调节器为：
[0022][0023]其中，u
ci
为电流调节器的输出，K
Pi
，K
Ii
为电流调节器增益，为电流调节器增益，表示电流期望值，x
i
为电流环状态，t为调节时间。
[0024]进一步地，所述电流观测器为：
[0025][0026]其中，A
i
，B
i
为永磁同步电机参数，为电流观测值，u
ci
为电流调节器的输出，L
i
为电流观测器的增益，x
i
为电流环状态；
[0027]同时设计两个电流环EID估计器，分别用于在线实时估计电流环受到的低频扰动和高频谐振信号，针对低频扰动，首先计算如下信号：
[0028][0029]其中，u
ca
为中间控制变量，将送入到低通滤波器后，得到低频扰动估计值
[0030]中间控制变量u
ca
为：
[0031][0032]低频扰动估计值为：
[0033][0034]其中，为信号的拉普拉斯变换，设计的低通滤波器F
i1
(s)为：
[0035][0036]其中，T
i
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机电流环和转速环抗干扰方法，其特征在于：包括：S1：建立永磁同步电机在同步旋转坐标系下的模型，分别得到电流控制和转速控制的状态方程，分别设计电流调节器和转速调节器；S2：根据电流控制的状态方程，设计电流观测器，得到电流观测值，并设计多个电流环EID估计器，用于估计电流环低频扰动和高频谐振信号；S3：根据转速控制的状态方程，设计转速观测器，得到转速观测值，并设计转速环EID估计器，用于估计电机本体参数变化和负载转矩的等效扰动值；S4：根据电流调节器和电流环EID估计器的输出，设计电流环的复合控制规律，以提高电流环的扰动抑制能力；根据转速调节器和转速环EID估计器的输出，设计转速环的复合控制规律，以提高转速环的扰动抑制能力。2.如权利要求1所述的一种永磁同步电机电流环和转速环抗干扰方法，其特征在于：步骤S1中，所述模型为：其中，i
d
和i
q
为永磁同步电机在d
‑
q坐标系下的电流，u
d
和u
q
为永磁同步电机在d
‑
q坐标系下的电压，L
d
和L
q
为永磁同步电机在d
‑
q坐标系下的电感，R
s
为永磁同步电机线圈的电阻，ω为永磁同步电机的转速，ψ
f
为永磁同步电机内部磁链值，B
v
为永磁同步电机内部摩擦系数，J为永磁同步电机的转动惯量，n
p
为永磁同步电机的极对数，T
e
为永磁同步电机产生的电磁转矩，T
L
为负载转矩。3.如权利要求1所述的一种永磁同步电机电流环和转速环抗干扰方法，其特征在于：步骤S1中，所述电流环控制的状态方程为：其中，A
i
,B
i
为永磁同步电机参数，B
d
为扰动输入通道参数，x
i
为电流环状态，x
i
＝[i
d
,i
q
]
T
，i
d
和i
q
为永磁同步电机在d
‑
q坐标系下的电流，u
i
为电流环控制量，u
i
＝[u
d
,u
q
]
T
，u
d
和u
q
为永磁同步电机在d
‑
q坐标系下的电压，d0为电流环受到的总扰动。4.如权利要求1所述的一种永磁同步电机电流环和转速环抗干扰方法，其特征在于：步骤S1中，所述转速环控制的状态方程为：其中，B
v
为永磁同步电机内部摩擦系数，ω为永磁同步电机的转速，i
q
为永磁同步电机在d
‑
q坐标系下的沿q轴方向的电流，J为永磁同步电机的转动惯量，K
τ
为转矩系数，T
d
为转速环的等效扰动值。5.如权利要求1所述的一种永磁同步电机电流环和转速环抗干扰方法，其特征在于：步
骤S1中，所述转速调节器为：其中，u
cω
为转速调节器的输出，K
Pω
,K
Iω
为转速调节器增益，e
ω
＝ω
*
‑
ω，ω
*
表示转速期望值，ω为永磁同步电机的转速，t为调节时间。6.如权利要求1所述的一种永磁同步电机电流环和转速环抗干扰方法，其特征在于：步骤S1中，所述电流调节器为：其中，u
ci
为电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜友武，韩晓新，杨涛，陈家豪，朱二琳，李博，方明星，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：