【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及永磁同步电机控制领域，特别是一种永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法及系统。
技术介绍
1、随着稀土永磁材料制造工艺的提高，且具有效率高、体积小和结构简单等特点，使得永磁同步电机的发展得到大幅提高，尤其是在风力发电、新能源汽车、轨道交通等领域。永磁同步电机的控制系统对于其应用场景来说至关重要。永磁同步电机控制系统中包含了多种变量，且各变量之间存在复杂的电磁关系和耦合关系。目前，永磁同步电机的控制大多采用矢量控制和直接转矩控制，并在其基础上，衍生了多种控制手段。但实质上，永磁同步电机的控制量不外乎3个，分别为转速、d轴电流和q轴电流，即通常需要设计3个控制器。目前，在实际的工程应用中，大多采用比例－积分(pi)控制器，然而pi控制器在鲁棒性方面有所欠缺，即不能很好的应对外部扰动。随着现代控制理论的发展，越来越多的先进控制手段应用于永磁同步电机的3个控制器中，比如滑模控制、自适应控制、自抗扰控制等。实质上，转速控制器的输出量为q轴电流控制器的给定，可以通过方程建立转速及q轴电流的方程，使得转速/q轴电流1个控制器便可以解决转速及q轴电流2个控制器。
2、自抗扰控制是韩京清提出的，它是一种能把系统的未建模动态和位置外扰动作用都归结未对系统的“总扰动”而进行估计并给予补偿的技术，特别适用于系统参数变化及外部扰动的非线性系统。永磁同步电机的转速和q轴电流之间的电机运动方程是一个二阶方程，同时也是一个参数变化及外部扰动的非线性系统，因此可以使用自抗扰控制技术，在传统的二阶自抗扰控制器中，由于状态扩张观测器的方程
技术实现思路
1、鉴于现有的传统自抗扰控制中状态扩张观测器的方程存在非导数项，使得与系统方程存在较大误差的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术所要解决的问题在于如何解决传统自抗扰控制中状态扩张观测器的方程存在非导数项问题，同时为扩张的扰动量进行补偿，使得观测器的性能得到保障，进而提高控制器的性能。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
4、第一方面，本专利技术实施例提供了一种永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法，其包括，通过永磁同步电机轴电流方程、永磁同步电机的运动方程和电磁转矩方程计算标定值误差和总扰动量，并列出二阶方程形式；利用扩张状态观测器对二阶方程进行状态量扩张，并通过选择适当的状态变量将二阶方程转化为一组一阶方程，并确定扩张状态观测器的增益参数以估计状态变量；引入具有导数形式的新观测器来估计扩张状态观测器的状态变量，并进一步优化观测器误差以修正观测器的输出；通过比较修正后的观测器输出及给定值计算出控制器的控制率；根据控制器的控制率，通过功率电子器件将电压和电流施加到永磁同步定子绕组上，以实现所需的转速和q轴电流控制率。
5、作为本专利技术所述永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法的一种优选方案，其中：所述永磁同步电机d-q轴电流方程的具体公式如下：
6、
7、其中，r为电机的定子电阻，ud和uq分别为定子d轴和q轴的电压，id和iq分别为定子d轴和q轴的电流，ld和lq分别为定子d轴和q轴电感，ωe为电机电角速度，ψf为永磁体磁链。
8、所述永磁同步电机的运动方程的具体公式如下：
9、
10、其中，te为电磁转矩，tl为负载转矩，j为电机的转动惯量，b为电机的摩擦系数，p为电机的极对数，ωe为电机电角速度。
11、所述电磁转矩方程的具体公式如下：
12、
13、其中，te为电磁转矩，p为电机的极对数，ψf为永磁体磁链，id和iq分别为定子d轴和q轴的电流，ld和lq分别为定子d轴和q轴电感。
14、作为本专利技术所述永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法的一种优选方案，其中：所述确定扩张状态观测器的增益参数以估计状态变量的具体公式如下：
15、
16、其中，uq为定子q轴的电压，b为系统输入系数，dω为扰动量，具体公式如下：
17、
18、
19、其中，r为电机的定子电阻，id和iq分别为定子d轴和q轴的电流，ld和lq分别为定子d轴和q轴电感，ωe为电机电角速度，ψf为永磁体磁链，te为电磁转矩，tl为负载转矩，j为电机的转动惯量，b为电机的摩擦系数，p为电机的极对数。
20、所述列出二阶方程形式的具体公式如下：
21、
22、
23、其中，b0为系统输入系数的初始值，即用电机标定的相关参数计算得到，f为总的扰动量，uq为定子q轴的电压，x1＝ωe，ωe为电机电角速度。
24、作为本专利技术所述永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法的一种优选方案，其中：所述利用扩张状态观测器对二阶方程进行状态量扩张的具体公式如下：
25、
26、其中：uq为定子q轴的电流，x3＝f。
27、作为本专利技术所述永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法的一种优选方案，其中：所述利用扩张状态观测器的具体公式如下：
28、
29、
30、
31、其中，ze1、ze2和ze3为扩张状态观测器的观测量，l1、l2和l3为观测器的增益，b0为系统输入系数的初始值，x1＝ωe，ωe为电机电角速度，uq为定子q轴的电压。
32、作为本专利技术所述永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法的一种优选方案，其中：所述引入具有导数形式的新观测器的具体公式如下：
33、
34、
35、
36、
37、其中，z1、z2和z3为新观测器的观测量，l1和l2为观测器的增益，为f的观测值，b0为系统输入系数的初始值，x1＝ωe，ωe为电机电角速度，uq为定子q轴的电压，e1＝x1-z1，e2＝x2-z2，
38、作为本专利技术所述永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法的一种优选方案，其中：所述根据控制器的控制率的具体公式如下：
39、
40、其中，kp和kd是需要设计的控制器参数，z1和z2为新观测器的观测量，kd＝2ωc，ωc为控制器带宽，r为转速给定值，b0为系统输入系数的初始值，为f的观测值。
41、第二方面，本专利技术实施例提供了一种永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制系统，其包括：标定值误差和总扰动量计算模块，基于永磁同步电机轴电流方程、运动方程和电磁转矩方程，计算出标定值误差和总扰动量；扩张状态观测器模块，将二阶方程进行状态量扩张，确定扩张状态观测器的增益参数以估计状态变量；新扩张状态观测器模块，引入具有导数形式的新观测器来估计扩张状态观测器的状态变量，并进一步优化观测误差以修正观测器的输出；控制器模块，计算出控制器的控本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法，其特征在于：所述永磁同步电机d-q轴电流方程的具体公式如下：
3.如权利要求1所述的永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法，其特征在于：所述确定扩张状态观测器的增益参数以估计状态变量的具体公式如下：
4.如权利要求1所述的永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法，其特征在于：所述利用扩张状态观测器对二阶方程进行状态量扩张的具体公式如下：
5.如权利要求1所述的永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法，其特征在于：所述利用扩张状态观测器的具体公式如下：
6.如权利要求1所述的永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法，其特征在于：所述引入具有导数形式的新观测器的具体公式如下：
7.如权利要求1所述的永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法，其特征在于：所述根据控制器的控制率的具体公式如下：
8.一种永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制系统，基于权利要求1～7任一所述的
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1～7任一所述的永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～7任一所述的永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法，其特征在于：所述永磁同步电机d-q轴电流方程的具体公式如下：
3.如权利要求1所述的永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法，其特征在于：所述确定扩张状态观测器的增益参数以估计状态变量的具体公式如下：
4.如权利要求1所述的永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法，其特征在于：所述利用扩张状态观测器对二阶方程进行状态量扩张的具体公式如下：
5.如权利要求1所述的永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法，其特征在于：所述利用扩张状态观测器的具体公式如下：
6.如权利要求1所述的永磁同步电机的自抗扰转速电流单环控制方法，其...
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