[發明專利]一種用于永磁電機低速運轉的控制系統

有效

• 申請號: 201010198877.8
• 申請日: 2010-06-11
• 公開（公告）號: CN101902187A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發明（設計）人: 張育;王躍明;劉銀年;王建宇;王晟偉;莊曉瓊
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H02P6/10
• 分類號: H02P6/10
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及一種電機控制系統，更具體地說，本發明涉及一種用于永磁電機低速運轉的控制系統。

背景技術

齒槽轉矩是永磁電機的一種固有現象，由于齒槽的存在，引起電機輸出轉矩脈動，影響了控制系統的精度，這種現象在低速情況下尤為明顯。現有技術對齒槽轉矩的抑制除在電機結構上進行改進外，在控制系統方面主要是在控制算法中增加對齒槽轉矩的補償措施，從而減小電機轉速的波動。如《電氣技術》2009年第3期第21-24頁《直接驅動環形永磁力矩電機低速齒槽轉矩脈動補償研究》一文所介紹的系統，由速度控制器、電流環、電機、速度傳感器和擾動估計器(觀測器)組成，其中速度控制器是基于經典控制理論的PI控制器，擾動估計器是基于現代控制理論中狀態觀測器(估計器)理論所構造的估計器，其輸入為電流環輸出的電流值I和速度傳感器輸出的實測速度ω，假設外界擾動只有齒槽轉矩擾動，則擾動估計器的輸出為齒槽轉矩估計值T_c′和速度估計值ω′，將齒槽轉矩估計值T_c′送入電流環輸入端可以對齒槽轉矩進行補償，控制系統的反饋速度可以用速度估計值ω也可以用速度傳感器輸出的實測速度ω，使用估計速度ω′作為反饋速度的控制系統框圖如圖1所示。

這種控制系統的不足之處在于沒有考慮除齒槽轉矩外其它阻力矩的影響。基于現代控制理論所構建的估計器是以增大誤差為代價換取高響應速度的，估計器設計的響應速度越快，雖然能使擾動更快速衰減，但補償誤差也越大。由于齒槽轉矩是周期性擾動，而其它阻力矩如摩擦力矩或彈性阻力矩可以看做是非周期性擾動，非周期性擾動對控制系統延時的影響與周期性擾動并不相同，單個估計器無法精確還原外界擾動的相位，在外界擾動變化范圍比較大的情況下，由相位引起的誤差會比較大。另外如果非周期性擾動的變化范圍比較大的話，則控制系統的超調也在不斷變化，降低了控制系統的穩定性，限制了控制系統能夠取得的最大帶寬，降低了控制系統的響應速度。因此需要把齒槽轉矩和其余阻力矩分別提取出來予以補償。

發明內容

基于上述問題，本發明的目的是提出一種準確度和穩定性更高的永磁電機低速轉動控制系統。

本發明由速度控制器、電流環、電機、角度傳感器、擾動估計器、齒槽轉矩估計器和齒槽轉矩計算器組成；所述擾動估計器的輸入為電流環的輸出電流I和實測速度ω，其中實測速度ω由角度傳感器的輸出角度θ經過微分運算獲得，輸出為外界擾動T_t的估計值T_t′及估計速度ω′，描述其特征的狀態空間方程為：