本发明专利技术公开了一种伺服系统的电流谐波抑制方法及系统，属于电机控制技术领域。电流谐波抑制方法包括：建立考虑扰动的永磁同步电机PMSM数学模型，并根据PMSM数学模型和PI控制器构建伺服系统的电流环；基于PMSM数学模型构建传统二阶扩展状态观测器ESO，再进行降阶处理得到一阶ESO，将一阶ESO并联准谐振环节，构成准谐振扩张状态观测器QRESO；根据QRESO获取扰动估计值补偿到电流环的PI控制器的输出中，对伺服系统的特定电流谐波进行抑制。增强伺服系统电流环路对特定频率谐波的抑制能力，减少了电机相电流5、7次谐波的含量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电机控制，更具体地，涉及一种伺服系统的电流谐波抑制方法及系统。
技术介绍
1、永磁同步电机因具有体积小、效率高、功率密度高等优点，在电力传动、电动汽车、数控机床以及航空航天等高性能伺服驱动场合得到了广泛的研究与应用。然而，电机结构加工偏差、逆变器非线性以及电流测量误差等因素会产生明显的5次和7次相电流谐波，导致电机损耗增加和转矩波动，使系统的控制性能变差，甚至缩短电机使用寿命。因此，抑制电流谐波以提高电机系统性能极为重要。
2、目前已有多种控制策略研究抑制电流谐波，常见的有逆变器死区效应补偿、重复控制、迭代学习以及谐波注入方法，其中，逆变器死区效应补偿是抑制电流谐波的一种有效手段。经死区补偿算法计算得到补偿电压,以进一步提高死区补偿性能。但是，上述基于电压计算的死区效应补偿方法仅能补偿死区效应导致的5、7次相电流谐波，并不适用于死区以外因素(例如磁链)导致的电流谐波抑制。重复控制引入重复模型实现周期扰动跟踪，能够抑制周期扰动谐波分量，但是其样本数量大且收敛速度慢。迭代学习和传统pi结合，利用前一周期误差信号迭代调整当前周期控制信号，但是对系统干扰较为敏感，鲁棒性较差。同样，谐波注入方法通过谐波电流提取和谐波电压注入，可显著降低dq轴6次转矩电流谐波(即5、7次相电流谐波)；但是谐波抑制效果较大程度依赖于电流谐波提取和电机模型的准确度，对系统形成扰动。
3、因此，现有技术中存在对电流谐波中在dq轴上占主要比例的六次电流谐波抑制不足的问题，并且伺服系统的电流环路抗扰动性能较低。
技术实现思路
1、针对相关技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供了一种伺服系统的电流谐波抑制方法及系统，旨在提高电流环路的抗扰性能，提高电流谐波交流扰动的抑制能力。
2、为实现上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种伺服系统的电流谐波抑制方法，包括：
3、步骤s1：建立考虑扰动的永磁同步电机pmsm数学模型，并根据pmsm数学模型和pi控制器构建伺服系统的电流环；
4、步骤s2：基于pmsm数学模型构建传统二阶扩展状态观测器eso，再进行降阶处理得到一阶eso，将一阶eso并联准谐振环节，构成准谐振扩张状态观测器qreso；
5、步骤s3：采用预设离散方法对qreso进行离散，得到离散化的qreso；
6、步骤s4：利用离散化的qreso获取扰动估计值补偿到所述电流环的pi控制器的输出中，对所述伺服系统的特定电流谐波进行抑制。
7、可选的，在步骤s1中，考虑扰动的pmsm数学模型在dq坐标系下的电压方程为：
8、
9、式中：ud、uq和id、iq分别为d、q轴的电压和电流；ψfd、ψfq分别为d、q轴的磁链；rs、ls分别为定子电阻和电感；ω为电角频率；其中，考虑扰动的pmsm数学模型中包含谐波扰动和逆变器死区效应扰动；
10、谐波扰动的永磁体磁链的表达式为：
11、
12、式中：ψfd0为磁链基波幅值；ψfd6n、ψfq6n分别为d轴、q轴的6n(n＝1,2,3...)次磁链谐波幅值；
13、逆变器死区效应扰动导致的电压误差为：
14、
15、式中：δud、δuq分别为d、q轴的电压误差；td为死区时间；udc为直流母线电压；ts为采样时间；
16、考虑磁链谐波扰动以及逆变器死区效应的dq轴电流为：
17、
18、其中，i1、i5和i7分别为电流基波、5次谐波和7次谐波的幅值；θ1、θ5和θ7分别为基波、5次谐波和7次谐波的相位，ω为频率，id和iq分别为电机d轴和q轴的电流；相电流的5次谐波和7次谐波的频率在dq坐标系对应6次谐波频率6ω。
19、可选的，在步骤s2包括：
20、s21、采用自抗扰控制器adrc将所述电流环中的所有扰动归纳为系统总扰动为除了谐波扰动的其他扰动；
21、s22、根据pmsm数学模型确定q轴电流状态方程为：
22、
23、其中，x1＝iq，x2＝f，b为1/ls，u为uq；
24、s23、根据扰动归纳后的pmsm数学模型构建传统二阶扩展状态观测器eso，方程如下：
25、
26、式中，为电流的估计值，为总扰动的估计值，k1和k2为增益；
27、s24、将传统二阶eso中的积分支路去除，进行降阶，得到一阶eso；
28、
29、式中，k3为一阶eso增益；
30、s25、在一阶eso的基础上，并联准谐振环节，构成准谐振扩张状态观测器qreso：
31、
32、其中，准谐振控制器的传递函数为：
33、
34、式中，kr为谐振系数；ωr为谐振频率；ωb为谐振带宽。
35、可选的，一阶eso的扰动估计方程如下：
36、
37、式中，k3＝ωn，ωn为观测器带宽。
38、可选的，在s3中的离散化方法为前向欧拉法、后向欧拉法、双线性变换或预弯曲变换。
39、可选的，所述离散化方法为预弯曲变换，所述预弯曲变换的离散化方法，即：
40、
41、其中，ω0为预弯曲频率，ts为采用时间；
42、qreso的离散化方程如下所示：
43、
44、
45、其中：
46、
47、可选的，s4具体包括：
48、s41、根据eso的积分器1/s估计直流扰动，根据qreso的准谐振控制器估计谐波扰动；
49、s42、根据qreso获取扰动估计值补偿到所述电流环的pi控制器的输出中，对所述伺服系统的5次和7次相电流的谐波进行抑制；
50、扰动估计值为下式中所示：
51、
52、其中，准谐振控制器的传递函数为：
53、
54、式中，kr为谐振系数；ωr为谐振频率；ωb为谐振带宽。
55、第二方面，本专利技术还提供了一种伺服系统的电流谐波抑制系统，包括：速度环路以及电流环路；
56、所述速度环路包括：编码器模块、指令模块和速度pi控制器；
57、所述编码器模块用于获取永磁同步电机的位置反馈θfdb，并对位置反馈微分得到速度反馈信号ωfdb；
58、所述指令模块用于输出速度指令信号ωref；
59、所述速度pi控制器用于根据速度反馈信号ωfdb和速度指令信号ωref得到电流q轴指令信号iqref和d轴指令电流信号idref，其中，d轴指令电流信号idref为0；
60、所述电流环路包括：采样模块、变换模块、控制模块和三相逆变器；
61、所述采样模块用于从电机端进行电流采样得到采样电流ia、ib和ic；
62、所本文档来自技高网
...
【技术保护点】
1.一种伺服系统的电流谐波抑制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，考虑扰动的PMSM数学模型在dq坐标系下的电压方程为：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2包括：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，一阶ESO的扰动估计方程如下：
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在S3中的离散化方法为前向欧拉法、后向欧拉法、双线性变换或预弯曲变换。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述离散化方法为预弯曲变换，所述预弯曲变换的离散化方法，即：
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S4具体包括：
8.一种伺服系统的电流谐波抑制系统，其特征在于，包括：速度环路以及电流环路；
【技术特征摘要】
1.一种伺服系统的电流谐波抑制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤s1中，考虑扰动的pmsm数学模型在dq坐标系下的电压方程为：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤s2包括：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，一阶eso的扰动估计方程如下：
5.如权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：许强，饶俊杰，徐佳琦，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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