本发明专利技术提供了一种永磁同步电机的速度跟踪控制方法及系统，属于电机控制领域，方法包括：实时检测永磁同步电机的三相电流及转速；将三相电流转换为两相旋转坐标系下的电流；采用PI控制器确定d轴参考电压；根据转速、q轴电流及永磁同步电机的数学模型，采用自适应扩张谐波状态观测器及频率估计器确定不匹配扰动的观测值；根据参考转速、q轴电流及前一时刻的q轴参考电压，采用二阶扩张状态观测器确定匹配扰动的观测值；根据不匹配扰动的观测值、匹配扰动的观测值、q轴电流、转速及参考转速确定q轴参考电压；根据d轴参考电压及q轴参考电压生成脉冲宽度调制信号，以控制永磁同步电机的运行。本发明专利技术提高了永磁同步电机运行的稳定性。性。性。
【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机的速度跟踪控制方法及系统
[0001]本专利技术涉及电机控制领域，特别是涉及一种基于自适应扩张谐波状态观测器的永磁同步电机的速度跟踪控制方法及系统。
技术介绍
[0002]永磁同步电机(Permanent Magnetic Synchronous Motor，PMSM)具有功率密度高、体积小等优点，在工业驱动控制、航空航天、电动汽车等领域有着广泛的应用。由于PMSM控制系统中存在非线性、参数变化、负载变化等不确定性，很难保证传统的PID控制策略在PMSM控制系统中完成高精度的控制任务。
[0003]在PMSM系统运行中，转速波动通常受到多种扰动的影响，例如齿槽转矩和电流采样误差等周期性扰动。传统的扩张状态观测器(Extended State Observer，ESO)对慢时变的扰动有很好的估计效果，但是对PMSM中的周期性扰动束手无策。导致PMSM转速波动的具体扰动类型很难确定，并且周期扰动的频率又是与转速相关的。因此研究如何抑制这种频率不确定的周期性扰动以实现PMSM非级联结构下稳定的速度控制，具有重要的意义。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种永磁同步电机的速度跟踪控制方法及系统，可准确计算永磁同步电机的匹配扰动及不匹配扰动，进而提高永磁同步电机运行的稳定性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种永磁同步电机的速度跟踪控制方法，包括：
[0007]实时检测永磁同步电机的三相电流及转速，并获取永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型及参考转速；
[0008]将当前时刻永磁同步电机的三相电流转换为两相旋转坐标系下的电流，得到当前时刻的q轴电流及当前时刻的d轴电流；
[0009]根据当前时刻的d轴电流，采用PI控制器确定当前时刻的d轴参考电压；
[0010]根据当前时刻永磁同步电机的转速、当前时刻的q轴电流及所述永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型，采用自适应扩张谐波状态观测器及频率估计器，确定当前时刻不匹配扰动的观测值；所述自适应扩张谐波状态观测器为在扩张状态观测器的基础上考虑谐波扰动建立的；所述频率估计器用于更新谐波扰动的频率；
[0011]根据所述参考转速、当前时刻的q轴电流及前一时刻的q轴参考电压，采用二阶扩张状态观测器确定当前时刻匹配扰动的观测值；初始时刻的q轴参考电压预先设定；
[0012]根据当前时刻不匹配扰动的观测值、当前时刻匹配扰动的观测值、当前时刻的q轴电流、当前时刻永磁同步电机的转速及所述参考转速，确定当前时刻的q轴参考电压；
[0013]根据当前时刻的d轴参考电压及当前时刻的q轴参考电压，生成脉冲宽度调制信号，以控制所述永磁同步电机的运行。
[0014]为实现上述目的，本专利技术还提供了如下方案：
[0015]一种永磁同步电机的速度跟踪控制系统，包括：
[0016]检测部件，用于实时检测永磁同步电机的三相电流及转速，并获取永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型及参考转速；
[0017]d轴电压控制器，与所述检测部件连接，用于将当前时刻永磁同步电机的三相电流转换为两相旋转坐标系下的电流，得到当前时刻的q轴电流及当前时刻的d轴电流，并根据当前时刻的d轴电流，采用PI控制器确定当前时刻的d轴参考电压；
[0018]自适应扩张谐波状态观测器，与所述检测部件连接，用于根据当前时刻永磁同步电机的转速、当前时刻的q轴电流及所述永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型，确定当前时刻不匹配扰动的观测值；
[0019]频率估计器，与所述自适应扩张谐波状态观测器连接，用于更新谐波扰动的频率；
[0020]二阶扩张状态观测器，与所述检测部件连接，用于根据所述参考转速、当前时刻的q轴电流及前一时刻的q轴参考电压，确定当前时刻匹配扰动的观测值；初始时刻的q轴参考电压预先设定；
[0021]q轴电压控制器，分别与所述自适应扩张谐波状态观测器及所述二阶扩张状态观测器连接，用于根据当前时刻不匹配扰动的观测值、当前时刻匹配扰动的观测值、当前时刻的q轴电流、当前时刻永磁同步电机的转速及所述参考转速，确定当前时刻的q轴参考电压；
[0022]空间矢量脉宽调制器，分别与所述d轴电压控制器及所述q轴电压控制器连接，用于根据当前时刻的d轴参考电压及当前时刻的q轴参考电压，生成脉冲宽度调制信号，以控制所述永磁同步电机的运行。
[0023]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0024]本专利技术根据永磁同步电机的转速、q轴电流及永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型，采用自适应扩张谐波状态观测器及频率估计器，能够准确估计不匹配扰动的观测值，根据参考转速及永磁同步电机的q轴电流，采用二阶扩张状态观测器，能够准确估计匹配扰动的观测值，再根据不匹配扰动观测值、匹配扰动观测值、永磁同步电机的参考转速及转速确定dq坐标系下的q轴参考电压，进而根据d轴参考电压及q轴参考电压生成脉冲宽度调制信号，以控制永磁同步电机稳定运行。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术提供的永磁同步电机的速度跟踪控制方法的流程图；
[0027]图2为自适应扩张谐波状态观测器及频率估计器的结构示意图；
[0028]图3为永磁同步电机速度
‑
电流单回路控制结构框图；
[0029]图4为PMSM在100rpm的转速条件下转速对比波形图；
[0030]图5为PMSM在100rpm的转速条件下周期扰动频率估计对比波形图；
[0031]图6为PMSM在100rpm的转速条件下PID谐波分析图；
[0032]图7为PMSM在100rpm的转速条件下谐振扩张状态观测器的谐波分析图；
[0033]图8为PMSM在100rpm的转速条件下自适应扩张谐波状态观测器的谐波分析图；
[0034]图9为PMSM在100rpm和3N/m的负载条件下的转速对比波形图；
[0035]图10为PMSM在100rpm和3N/m的负载条件下的周期扰动频率估计对比波形图；
[0036]图11为本专利技术提供的永磁同步电机的速度跟踪控制系统的示意图。
[0037]符号说明：
[0038]0‑
永磁同步电机，1
‑
检测部件，2
‑
d轴电压控制器，3
‑
自适应扩张谐波状态观测器，4
‑
频率估计器，5
‑
二阶扩张状态观测器，6
‑
q轴电压控制器，7
‑
空间矢量脉宽调制器。
具体实施方式
[00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的速度跟踪控制方法，其特征在于，所述永磁同步电机的速度跟踪控制方法包括：实时检测永磁同步电机的三相电流及转速，并获取永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型及参考转速；将当前时刻永磁同步电机的三相电流转换为两相旋转坐标系下的电流，得到当前时刻的q轴电流及当前时刻的d轴电流；根据当前时刻的d轴电流，采用PI控制器确定当前时刻的d轴参考电压；根据当前时刻永磁同步电机的转速、当前时刻的q轴电流及所述永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型，采用自适应扩张谐波状态观测器及频率估计器，确定当前时刻不匹配扰动的观测值；所述自适应扩张谐波状态观测器为在扩张状态观测器的基础上考虑谐波扰动建立的；所述频率估计器用于更新谐波扰动的频率；根据所述参考转速、当前时刻的q轴电流及前一时刻的q轴参考电压，采用二阶扩张状态观测器确定当前时刻匹配扰动的观测值；初始时刻的q轴参考电压预先设定；根据当前时刻不匹配扰动的观测值、当前时刻匹配扰动的观测值、当前时刻的q轴电流、当前时刻永磁同步电机的转速及所述参考转速，确定当前时刻的q轴参考电压；根据当前时刻的d轴参考电压及当前时刻的q轴参考电压，生成脉冲宽度调制信号，以控制所述永磁同步电机的运行。2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的速度跟踪控制方法，其特征在于，将当前时刻永磁同步电机的三相电流转换为两相旋转坐标系下的电流，得到当前时刻的q轴电流及当前时刻的d轴电流，具体包括：将当前时刻永磁同步电机的三相电流依次进行Clark变换和Park变换，得到两相旋转坐标系下的d轴电流及q轴电流。3.根据权利要求1所述的永磁同步电机的速度跟踪控制方法，其特征在于，根据当前时刻的d轴电流，采用PI控制器确定当前时刻的d轴参考电压，具体包括：将当前时刻的d轴电流与d轴电流参考值做差；根据当前时刻的d轴电流与所述d轴电流参考值的差值，采用PI控制器确定dq坐标系下的d轴参考电压。4.根据权利要求3所述的永磁同步电机的速度跟踪控制方法，其特征在于，所述d轴电流参考值为0。5.根据权利要求1所述的永磁同步电机的速度跟踪控制方法，其特征在于，根据当前时刻永磁同步电机的转速、当前时刻的q轴电流及所述永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型，采用自适应扩张谐波状态观测器及频率估计器，确定当前时刻不匹配扰动的观测值，具体包括：根据谐波扰动频率初始观测值及前一时刻谐波扰动的观测值，采用频率估计器，确定当前时刻的谐波扰动频率观测值；初始时刻谐波扰动的观测值预先设定；根据当前时刻的谐波扰动频率观测值确定当前时刻的谐波扰动频率值；根据当前时刻永磁同步电机的转速、当前时刻的q轴电流、所述永磁同步电机在dq坐标系下的数学模型及当前时刻的谐波扰动频率值，采用自适应扩张谐波状态观测器，确定当前时刻不匹配扰动的观测值。
6.根据权利要求5所述的永磁同步电机的速度跟踪控制方法，其特征在于，采用以下公式确定当前时刻的谐波扰动频率观测值：其中，为当前时刻的谐波扰动频率观测值，为谐波扰动频率初始观测值，K
e
为正常数增益，t0为初始时刻，t为当前时刻，K
r
为谐振结构增益，z1为第一谐振结构参数，z2为第二谐振结构参数，为前一时刻谐波扰动的观测值。7.根据权利要求5所述的永磁同步电机的速度跟踪控制方法，其特征在于，所述不匹配扰动包括慢变扰动及谐波扰动；采用以下公式确定当前时刻不匹配扰动的观测值：其中，为状态量X1的观测值，d
c
为慢变扰...
【专利技术属性】
技术研发人员：庞中华，王显钰，郑勇，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：
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