转速谐波抑制的永磁同步电机自抗扰优化控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种转速谐波抑制的永磁同步电机自抗扰优化控制方法及系统，属于电机技术领域，包括：构建以转速为状态变量的状态方程，将总扰动定义为一个新的状态变量；搭建两级扩张状态观测器，根据转速真实值，通过第一级扩张状态观测器得到初始扰动观测值，根据初始扰动观测值，通过第二级扩张状态观测器得到剩余扰动观测值；根据转速误差值，通过模式选择器确定扰动补偿模式，得到扰动补偿值；根据转速状态误差值，通过自抗扰误差反馈控制率获取初始电流指令值，通过扰动补偿得到参考电流指令值；通过电流控制器和空间矢量调制模块控制逆变器输出。本方法能够提高电机抗干扰能力、抑制转速谐波、提高系统的稳态及动态性能。提高系统的稳态及动态性能。提高系统的稳态及动态性能。

【技术实现步骤摘要】
转速谐波抑制的永磁同步电机自抗扰优化控制方法及系统


[0001]本专利技术属于电机
，更具体地，涉及转速谐波抑制的永磁同步电机自抗扰优化控制方法及系统。

技术介绍

[0002]永磁同步电机具有效率高、功率密度大、调速范围广、结构简单、维护方便等诸多优势，广泛应用于诸多领域，特别是在对电机性能要求较高、运行可靠性要求较强的场合，如船舶、全电飞机、电动汽车等。目前，高性能的伺服系统，大多数采用的是以永磁同步电机为执行元件的永磁交流伺服系统，对系统抗扰性能有很高的要求。
[0003]永磁同步电机由于其自身结构、加工工艺等因素具有一定非线性、强耦合性和时变性，同时，受到齿槽转矩、死区效应和采样误差等因素的影响，永磁同步电机驱动系统运行时易受到不同程度的干扰，这些扰动可视为一系列低次谐波，对系统高性能运行带来了不利影响。
[0004]传统的PID控制器难以满足抗扰性能的要求，因此发展出了自抗扰控制策略，其通过引入扩张状态观测器对总扰动进行观测和补偿，从而能够有效提高系统的抗干扰能力。理论上若扩张状态观测器带宽足够大，所有扰动均能被观测，然而实际的系统存在抗扰动性能和抗噪声性能上的平衡，为了保证系统的高频噪声抑制能力，观测器带宽常常被限制在有限范围内，导致系统运行时存在转速谐波，恶化了动态及稳态性能。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提出一种转速谐波抑制的永磁同步电机自抗扰优化控制方法，旨在有效抑制系统运行时的转速谐波，提高了系统的稳态及动态性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种转速谐波抑制的永磁同步电机自抗扰优化控制方法，包括以下步骤：
[0007]S1.根据永磁同步电机运动方程，构建以转速为状态变量的一阶状态方程，对电机驱动系统中的所有扰动进行建模，得到扰动模型，将扰动模型中的总扰动定义为一个新的状态变量，构建二阶状态方程；
[0008]S2.根据二阶状态方程搭建两级扩张状态观测器，根据转速真实值，通过第一级扩张状态观测器得到初始扰动观测值，根据初始扰动观测值，通过第二级扩张状态观测器得到剩余扰动观测值；
[0009]S3.将参考转速指令值与转速真实值作差得到转速误差值ω
err
，根据转速误差值，通过模式选择器确定扰动补偿模式，经过扰动计算得到扰动补偿值；
[0010]S4.根据转速状态误差值，通过自抗扰误差反馈控制率获取初始电流指令值，通过扰动补偿得到参考电流指令值i
qref
，根据参考电流指令值，通过电流控制器和空间矢量调制模块，生成开关信号，控制逆变器输出。
[0011]进一步地，步骤S1中，包括：
[0012]永磁同步电机运动方程：
[0013][0014]式中，J是电机转动惯量，ω是电机转速，P为电机极对数，Ψ
f
是电机永磁体磁链，i
q
是q轴电流，T
L
是电机负载转矩，B是电机粘滞系数，f0是系统中的其他扰动；
[0015]根据上述永磁同步电机运动方程构建转速为状态变量的一阶状态方程：
[0016][0017]式中，f是电机驱动系统中的总扰动，b0为方程参数；
[0018]根据上述永磁同步电机运动方程和一阶状态方程，建立扰动模型：
[0019][0020]定义y为系统输出，将电机转速定义为状态变量x1，将扰动模型中的总扰动f定义为一个新的状态变量x2，建立二阶状态方程：
[0021][0022]式中，u是状态方程控制量，即参考电流指令值i
qref
。
[0023]进一步地，步骤S2中两级扩张状态观测器具体为：
[0024]第一级扩张状态观测器：
[0025][0026]式中，ε1是第一级扩张状态观测器的状态观测误差，z1是状态变量x1的观测值，z2是状态变量x2的观测值，即初始扰动观测值，b0是参数b0的标称值，β1、β2是第一级扩张状态观测器的增益系数；
[0027]第二级扩张状态观测器：
[0028][0029]式中，ε
s1
是第二级扩张状态观测器的状态观测误差，s1是状态变量x1的观测值，s2是剩余扰动的观测值，β3、β4是第二级扩张状态观测器的增益系数，s是拉普拉斯算子，R(s)为并联谐振器的状态表达式：
[0030][0031]式中，k
r
是谐振增益，ω
r
是谐振频率，ω
b
是谐振带宽，k
pi
是谐振系数。
[0032]进一步地，所述两级扩张状态观测器的增益系数，具体取值如下：
[0033]第一级扩张状态观测器：
[0034]第二级扩张状态观测器：
[0035]式中，w1是第一级扩张状态观测器带宽，w2是第二级扩张状态观测器带宽。
[0036]进一步地，步骤S3具体包括以下步骤：
[0037]S3.1根据转速误差值ω
err
确定扰动补偿模式：
[0038]若ω
err
的绝对值小于模式阈值，则扰动补偿模式为模式1；
[0039]若ω
err
的绝对值大于模式阈值，则扰动补偿模式为模式2；
[0040]S3.2根据补偿模式计算扰动补偿值
[0041]模式1：扰动补偿值为初始扰动观测值和剩余扰动观测值二者之和；
[0042]模式2：扰动补偿值为初始扰动观测值。
[0043]进一步地，步骤S4具体包括以下步骤：
[0044]S4.1根据自抗扰误差反馈控制率得到初始电流指令值i
qref0
：
[0045]i
qref0
＝u0＝k
p
(ω
ref
‑
z1)
[0046]式中，u0是控制量初始值，即初始电流指令值i
qref0
，k
p
是控制器增益系数，ω
ref
是参考转速指令值；
[0047]S4.2将步骤S3.2所述扰动补偿值补偿到初始电流指令值i
qref0
得到参考电流指令值i
qref
：
[0048][0049]本专利技术还提供了一种转速谐波抑制的永磁同步电机自抗扰优化控制系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
[0050]所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
[0051]所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行上述的转速谐波抑制的永磁同步电机自抗扰优化控制方法。
[0052]总体而言，本专利技术所提出技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0053](1)综合考虑了永磁同步电机瞬态和稳态下的转速运行性能，具有更快速动态性能，同时有效抑制了系统运行时的转速谐波，稳态运行更加平稳；
[0054](2)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转速谐波抑制的永磁同步电机自抗扰优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.根据永磁同步电机运动方程，构建以转速为状态变量的一阶状态方程，对电机驱动系统中的所有扰动进行建模，得到扰动模型，将扰动模型中的总扰动定义为一个新的状态变量，构建二阶状态方程；S2.根据二阶状态方程搭建两级扩张状态观测器，根据转速真实值，通过第一级扩张状态观测器得到初始扰动观测值，根据初始扰动观测值，通过第二级扩张状态观测器得到剩余扰动观测值；S3.将参考转速指令值与转速真实值作差得到转速误差值ω
err
，根据转速误差值，通过模式选择器确定扰动补偿模式，经过扰动计算得到扰动补偿值；S4.根据转速状态误差值，通过自抗扰误差反馈控制率获取初始电流指令值，通过扰动补偿得到参考电流指令值i
qref
，根据参考电流指令值，通过电流控制器和空间矢量调制模块，生成开关信号，控制逆变器输出。2.如权利要求1所述的一种转速谐波抑制的永磁同步电机自抗扰优化控制方法，其特征在于，步骤S1中，永磁同步电机运动方程为：式中，J是电机转动惯量，ω是电机转速，P为电机极对数，Ψ
f
是电机永磁体磁链，i
q
是q轴电流，T
L
是电机负载转矩，B是电机粘滞系数，f0是系统中的其他扰动；根据上述永磁同步电机运动方程构建转速为状态变量的一阶状态方程：根据上述永磁同步电机运动方程构建转速为状态变量的一阶状态方程：式中，f是电机驱动系统中的总扰动，b0为方程参数；根据上述永磁同步电机运动方程和一阶状态方程，建立扰动模型：定义y为系统输出，将电机转速定义为状态变量x1，将扰动模型中的总扰动f定义为一个新的状态变量x2，建立二阶状态方程：式中，u是状态方程控制量，即参考电流指令值i
qref
。3.根据权利要求2所述的一种转速谐波抑制的永磁同步电机自抗扰优化控制方法，其特征在于，步骤S2中两级扩张状态观测器具体为：第一级扩张状态观测器：
式中，ε1是第一级扩张状态观测器的状态观测误差，z1是状态变量x1的观测值，z2是状态变量x2的观测值，即初始扰动观测值，是参数b0的标称值，β1、β2是第一级扩张状态观测器的增益系数；第二级扩张状态观测器：式中，ε
s1
是第二级扩张状态观测器的状态观测误差，...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘醇，吴辉，王宏喆，倪锴，石昊晨，王双红，曲荣海，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：