[發明專利]基于混合調節器的抗負載擾動方法及其裝置

無效

• 申請號: 201310132931.2
• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN103199787A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 王靜;黃友銳;董蘇
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P25/02;H02P27/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電機控制方法及裝置，特別是一種永磁同步電機交流伺服系統中抗負載擾動的控制方法及其裝置。

背景技術

高性能永磁同步電機伺服系統要求具備良好的動靜態性能。實際系統中負載轉矩擾動會造成轉速的波動，這是由于傳統速度/電流閉環系統中都是假設負載轉矩擾動為零或一固定值時，對速度環傳遞函數進行工程優化。當負載轉矩發生變化時，速度環調節器不能抑制負載擾動。為提高系統的抗干擾性能通常引入負載轉矩的前饋補償，與原有調節器結合形成二自由度混合調節器。

工程實際中，直接測量負載轉矩不僅成本高，而且安裝調試復雜，特殊負載條件下無法直接測量，因而一般通過觀測器根據電機可測物理量辨識得到負載轉矩。現有的負載轉矩觀測器一般可分為兩類，一類是依據電機基波數學模型設計全階或降階狀態觀測器，該方法用到電機參數眾多，其辨識精度受參數影響嚴重；另一種方法是卡爾曼濾波器法，通過系統狀態變量的估計誤差以及系統噪聲的統計特性，自動計算最優反饋增益系數，相比于前一種方法，對干擾抑制能力強，但是計算量非常大，難以實現在線辨識。以上方法大多基于隱極式電機，不能辨識出凸極式永磁同步電機由于凸極結構產生的磁阻轉矩，且在不同電流控制方式下，估計精度差別大，應用范圍有限。本發明裝置速度環采用混合調節器代替傳統閉環系統的轉速PI調節器，抑制負載擾動對轉速波動的影響。混合調節器中，以負載轉矩和轉速作為狀態變量，定義實際轉速與觀測轉速之差為滑模切換面，設計滑模負載轉矩觀測器用于實現負載轉矩的在線辨識，不僅適合不同轉子結構的永磁同步電機，對于不同電流控制方式下依然有效，具有廣闊的應用范圍。

發明內容

本發明的目的是設計一種適用于永磁同步電機不同電流控制方法的負載轉矩觀測器，并與速度閉環PI調節器結合，形成混合速度調節器控制定子電流，提供一種永磁同步電機抗負載擾動的方法和裝置。

本發明所采用的技術方案是：

本發明基于混合調節器的抗負載擾動方法及其裝置，它包括PC機、控制器、電壓檢測單元、隔離驅動單元、電流檢測單元、轉速檢測單元、三相不控整流橋、母線儲能電容、三相全橋逆變器、永磁同步電機、編碼器和可調負載。

所述的基于混合調節器的抗負載擾動方法及其裝置，其中三相不控整流橋將三相交流電整流為直流電，對母線儲能電容進行充電，電壓檢測單元檢測母線電壓，三相全橋逆變器將母線電壓逆變后，為永磁同步電機提供變頻電源，電流檢測單元檢測定子繞組電流，轉速檢測單元測量電機轉速并輸入到控制器中，控制器根據控制算法調制出PWM脈沖信號經隔離驅動單元控制逆變器功率器件開通和關斷。

所述的基于混合調節器的抗負載擾動方法及其裝置的控制器，將給定轉速與實際轉速的偏差信號作為輸入信號，經速度環混合調節器調節后輸出轉矩給定信號，轉矩給定值經轉矩/電流分配單元輸出d、q軸電流給定值，電流實際值與給定值的偏差信號分別輸入到q軸電流PI調節器和d軸電流調節器，兩個調節器的輸出信號與解耦控制器輸出信號運算后，作為反Park變換單元的輸入，得到的兩相電壓給定值輸入到SVPWM脈沖調制器，調制出的六路脈沖信號輸入到隔離驅動單元。

所述基于混合調節器的抗負載擾動方法及其裝置的速度環混合調節器包括兩部分構成，其中PI調節器根據速度偏差信號輸出期望轉矩值，滑模轉矩觀測器根據實際電流辨識出負載轉矩實際值，二者運算后得到系統的轉矩給定值。具體步驟如下：

步驟a、以負載轉矩和轉速作為狀態變量，得到永磁同步電機狀態方程如下：