一种永磁同步电机电流干扰抑制的自抗扰控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电机控制技术领域，具体涉及一种永磁同步电机电流干扰抑制的自抗扰控制方法及装置。该方法及装置包括步骤1：基于永磁同步电机在d、q坐标系下的数学模型，对电流的集总扰动进行建模，得到d、q轴电流的微分方程，并建立d、q轴电流的扩张系统方程；步骤2：构建基于准广义积分器的级联扩张状态观测器，获得观测器输出的d、q轴电流第一级联层和第二级联层扰动分量，将两级扰动分量相加作为集总扰动；步骤3：基于反馈控制建立自抗扰控制律，将步骤2得到的集总扰动通过控制律进行补偿，得到电流干扰抑制后的参考电压。该方法及装置对电流谐波扰动具有很好的抑制效果，能够有效抑制电流谐波干扰。流谐波干扰。流谐波干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机电流干扰抑制的自抗扰控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及电机控制
，具体而言，涉及一种永磁同步电机电流干扰抑制的自抗扰控制方法及装置。

技术介绍

[0002]随着工业系统对高性能的伺服需要，永磁同步电机凭借其过载能力强、转速转矩范围大、动态响应快、运行效率高等优势而被广泛应用，比如多电飞机、电动汽车和工业机器人等高精度控制领域。然而由于齿槽效应、磁路饱和等引起气隙磁密畸变造成的电机反电动势，以及逆变器死区时间和管压降引起的非线性因素，这些都会引起永磁同步电机的谐波电流，成为电流干扰的主要来源，严重影响着电机的平稳稳定运行和高精度控制性能。永磁同步电机电流谐波以6、12、18次谐波为主，随着谐波阶数的增加，高次谐波幅值衰减，因此往往只考虑低次谐波。
[0003]目前，许多学者提出采用各种先进控制策略对谐波进行抑制，比如重复控制，迭代学习控制等，其中自抗扰控制的方法受到广泛关注。然而，作为自抗扰重要组成部分的扩张状态观测器受限于带宽限制，观测器带宽不能无限大，并且随着电机转速的提升，谐波频率上升，超过观测器带宽，使得谐波扰动观测性能明显变差，因此传统自抗扰控制的方法不能很好的观测谐波正弦扰动。因此，有必要设计一种电流干扰抑制方法，从而提高电机电流的控制精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种永磁同步电机电流干扰抑制的自抗扰控制方法及装置，以至少解决传统自抗扰控制方法对谐波抑制能力不足的的技术问题。
[0005]根据本专利技术的一实施例，提供了一种永磁同步电机电流干扰抑制的自抗扰控制方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：基于永磁同步电机在d、q坐标系下的数学模型，对电流的集总扰动进行建模，得到d、q轴电流的微分方程，并建立d、q轴电流的扩张系统方程；
[0007]步骤2：构建基于准广义积分器的级联扩张状态观测器，获得观测器输出的d、q轴电流第一级联层和第二级联层扰动分量，将两级扰动分量相加作为集总扰动；
[0008]步骤3：基于反馈控制建立自抗扰控制律，将步骤2得到的集总扰动通过控制律进行补偿，得到电流干扰抑制后的参考电压。
[0009]进一步地，步骤1包括：
[0010]在忽略电机铁芯饱和、涡流和磁滞损耗的条件下，其定子电压方程表示如下：
[0011][0012]式中，ψ
d
＝ψ
f
+L
d
i
dc
和ψ
q
＝L
q
i
qc
分别代表定子磁链的d轴和q轴分量；i
dc
、i
qc
和u
dv
、u
qv
分别代表d轴和q轴的定子电流和电压；L
d
和L
q
分别代表定子绕组的d轴和q轴电感，R1代表定子一相电阻，n
p
为电机极对数，ω
m
是电机的机械角速度，ψ
f
是永磁体磁链；对于表贴式永磁同步电机，交直轴磁路基本对称，因此L
d
＝L
q
＝L
s
；
[0013]根据(1)，得到d、q轴电流的微分方程为：
[0014][0015]根据(2)中的微分方程，对dq轴扰动进行建模如下：
[0016][0017][0018]式中，f
d
和f
q
分别是dq轴集总扰动，f
di
和f
qi
分别是dq轴内部参数摄动；此外，和项分别包含了dq轴的6k次电流谐波，k是非零的自然数，和分别代表dq轴的参考电压；
[0019]根据(3)和(4)，对状态进行扩张，令x1＝i
qc
,x2＝f
q
,和得到扩张系统方程为：
[0020][0021]进一步地，步骤2包括：
[0022]针对步骤1所得到的扩张系统方程，设计基于准广义积分器的级联扩张状态观测器QGI
‑
CESO，它包括第一级联层扩张状态观测器QGI
‑
CESO1和第二级联层扩张状态观测器QGI
‑
CESO2，具体设计为如下形式：
[0023][0024][0025]式中，β
11
、β
12
、β
21
和β
22
代表观测器增益系数，z
11
和z
12
分别为两个级联层对x1的观测值，z
12
和z
22
分别为两个级联层对集总扰动x2的部分观测值，d
ac
代表提取到的电流谐波，m1是中间变量，ω
c
是截止频率，k
r
是广义积分器增益，ω
h
是广义积分频率；
[0026]观测器的增益系数通过传统带宽法进行整定，β
11
、β
12
、β
21
和β
22
整定为：
[0027][0028]于是，根据(6)和(7)，所设计的QGI
‑
CESO观测的集总扰动表示为：
[0029][0030]进一步地，当QGI
‑
CESO2不发挥任何作用时，此时QGI
‑
CESO仅存在第一级联层，z12为传统线性扩张状态观测器观测到的扰动值；z
22
是在z12的基础上对扰动的进一步观测；
[0031]当k
r
＝0时，准广义积分器便失去了作用，QGI
‑
CESO变成了级联扩张状态观测器CESO，此时，z
22
只能观测部分残余扰动。
[0032]进一步地，传统扩张状态观测器、级联状态观测器和基于准广义积分器的级联扩张状态观测器三种观测器的扰动估计误差传递函数分别为:
[0033][0034][0035][0036]式中，为准广义积分器的传递函数；
[0037]假设谐波干扰的表达式为Hsin(ω
h
t)，令H＝1、k
r
＝5、ω
c
＝0.5，根据(10)、(11)和(12)得到对应的幅值误差分别为|G
e1
(jω
h
)|、|G
e2
(jω
h
)|和|G
e3
(jω
h
)|，为关于ω
o
和ω
h
的函数。
[0038]进一步地，步骤3包括：
[0039]定义q轴的参考电流为令于是可得：
[0040][0041]根据反馈控制律，可得：
[0042][0043]其中，k
pq
是q轴电流控制增益；将(14)带入(13)中，可得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机电流干扰抑制的自抗扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于永磁同步电机在d、q坐标系下的数学模型，对电流的集总扰动进行建模，得到d、q轴电流的微分方程，并建立d、q轴电流的扩张系统方程；步骤2：构建基于准广义积分器的级联扩张状态观测器，获得观测器输出的d、q轴电流第一级联层和第二级联层扰动分量，将两级扰动分量相加作为集总扰动；步骤3：基于反馈控制建立自抗扰控制律，将步骤2得到的集总扰动通过控制律进行补偿，得到电流干扰抑制后的参考电压。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机电流干扰抑制的自抗扰控制方法，其特征在于，步骤1包括：在忽略电机铁芯饱和、涡流和磁滞损耗的条件下，其定子电压方程表示如下：式中，ψ
d
＝ψ
f
+L
d
i
dc
和ψ
q
＝L
q
i
qc
分别代表定子磁链的d轴和q轴分量；i
dc
、i
qc
和u
dv
、u
qv
分别代表d轴和q轴的定子电流和电压；L
d
和L
q
分别代表定子绕组的d轴和q轴电感，R1代表定子一相电阻，n
p
为电机极对数，ω
m
是电机的机械角速度，ψ
f
是永磁体磁链；对于表贴式永磁同步电机，交直轴磁路基本对称，因此L
d
＝L
q
＝L
s
；根据(1)，得到d、q轴电流的微分方程为：根据(2)中的微分方程，对dq轴扰动进行建模如下：根据(2)中的微分方程，对dq轴扰动进行建模如下：式中，f
d
和f
q
分别是dq轴集总扰动，f
di
和f
qi
分别是dq轴内部参数摄动；此外，和项分别包含了dq轴的6k次电流谐波，k是非零的自然数，和分别代表dq轴的
参考电压；根据(3)和(4)，对状态进行扩张，令x1＝i
qc
,x2＝f
q
,和得到扩张系统方程为：3.根据权利要求2所述的永磁同步电机电流干扰抑制的自抗扰控制方法，其特征在于，步骤2包括：针对步骤1所得到的扩张系统方程，设计基于准广义积分器的级联扩张状态观测器QGI
‑
CESO，它包括第一级联层扩张状态观测器QGI
‑
CESO1和第二级联层扩张状态观测器QGI
‑
CESO2，具体设计为如下形式：QGI
‑
CESO1：QGI
‑
CESO2：式中，β
11
、β
12
、β
21
和β
22
代表观测器增益系数，z
11
和z
12
分别为两个级联层对x1的观测值，z
12
和z
22
分别为两个级联层对集总扰动x2的部分观测值，d
ac
代表提取到的电流谐波，m1是中间变量，v
c
是截止频率，k
r
是广义积分器增益，ω
h

【专利技术属性】
技术研发人员：邓永停，曹海洋，李洪文，王建立，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：