[發(fā)明專利]一種永磁同步電機速度控制方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310241088.1
• 申請日: 2013-06-18
• 公開（公告）號: CN103312255A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王松;許慶陽;張立;趙瑞杰;崔曉光
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)（威海）
• 主分類號: H02P21/05
• 分類號: H02P21/05;H02P21/14;H02P27/06
• 代理公司: 青島高曉專利事務(wù)所 37104
• 代理人: 宋文學(xué)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及同步電機控制技術(shù)，尤其涉及一種永磁同步電機速度控制方法和裝置。

背景技術(shù)

目前永磁同步電機的速度控制主要以矢量控制技術(shù)為主，另外直接轉(zhuǎn)矩控制也在某些特殊場合得到了一定的應(yīng)用。本發(fā)明基于????????????????????????????????????????????????的矢量控制技術(shù)，采用的矢量控制技術(shù)的永磁同步電機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，通過電流傳感器得到A、B兩相的電流，并經(jīng)過CLARKE和PARK變換得到直軸電流和交軸電流，作為兩個電流環(huán)電流反饋值；另外通過編碼器計算得到轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速，利用轉(zhuǎn)子的位置進行PARK及其逆變換，轉(zhuǎn)速作為轉(zhuǎn)速環(huán)控制器的輸入；圖1中速度環(huán)采用自抗擾控制器，速度環(huán)控制器的輸出作為轉(zhuǎn)矩控制器的參考輸入，兩個電流環(huán)分別為磁鏈控制器和轉(zhuǎn)矩控制器；磁鏈控制器和轉(zhuǎn)矩控制器的輸出作為直軸電壓和交軸電壓的參考值，經(jīng)過PARK逆變換和SVPWM模塊產(chǎn)生SVPWM脈沖，控制三相逆變器產(chǎn)生三相交流電源，驅(qū)動永磁同步電機運轉(zhuǎn)。

自抗擾控制技術(shù)源于PID控制方法的思想，一般自抗擾控制器由三部分組成：跟蹤—微分器、擴張狀態(tài)觀測器和非線性狀態(tài)誤差反饋。首先，跟蹤微分器實現(xiàn)快速無超調(diào)地跟蹤系統(tǒng)參考輸入信號，并按照控制器的階數(shù)給出參考輸入的微分信號；其次，擴張狀態(tài)觀測器對系統(tǒng)輸出及其各階導(dǎo)數(shù)進行觀測，同時對系統(tǒng)的擾動進行估計；其中自抗擾控制器將系統(tǒng)模型自身的不確定性當(dāng)作內(nèi)擾，外界擾動當(dāng)作外擾，它們一起作為系統(tǒng)的總擾動，也由擴張狀態(tài)觀測器進行觀測；最后通過非線性狀態(tài)誤差反饋對參考輸入及其擴張狀態(tài)的誤差信號的非線性組合進行控制，并對ESO檢測的綜合擾動進行補償。自抗擾控制器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中是控制對象的參考輸入，跟蹤微分器安排參考輸入的過渡過程，并給出改善之后輸入?yún)⒖夹盘柤捌鋵?dǎo)數(shù)信號；控制對象的輸出經(jīng)過擴張狀態(tài)觀測器后輸出控制對象的擴張狀態(tài)，并給出綜合擾動項?（通常也記作），用于系統(tǒng)的前饋補償，?為補償系數(shù)；最后，由跟蹤微分器和擴張狀態(tài)觀測器輸出的差值經(jīng)過非線性反饋控制率和綜合擾動的前饋作用一起，作為系統(tǒng)的控制作用。

將自抗擾控制技術(shù)應(yīng)用于永磁同步電動機中，使得永磁同步電機速度控制具有無超調(diào)、抗擾動能力強、魯棒性好等特點，但在負(fù)載擾動情況下，永磁同步電動機的轉(zhuǎn)速波動較大，導(dǎo)致電機運轉(zhuǎn)能效降低、噪音變大、惡劣工況下甚至可能導(dǎo)致電機異常停機。為降低負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動對永磁同步電機速度控制的影響，本發(fā)明將負(fù)載轉(zhuǎn)矩看作永磁同步電機速度控制中的一種擾動，并針對負(fù)載擾動進行觀測和前饋補償。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種永磁同步電機速度控制方法和裝置，用以解決永磁同步電機轉(zhuǎn)速控制中負(fù)載擾動下轉(zhuǎn)速波動較大的問題，以提高永磁同步電動機的能效，降低電機噪音。

本發(fā)明的技術(shù)方案是在自抗擾控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測器及其前饋控制器，前饋控制作用與自抗擾控制的控制作用一起，作為交軸電流環(huán)的參考輸入，進行永磁同步電機的轉(zhuǎn)速控制。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種永磁同步電機速度控制方法，包括：?

第一步，獲得永磁同步電機的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速，通過光電編碼器檢測永磁同步電機的轉(zhuǎn)子位置，并計算轉(zhuǎn)速。

第二步，檢測永磁同步電機定子的三相電流值。

通過電流傳感器檢測永磁同步電機的兩相定子電流和，經(jīng)過CLARKE變換得到和?，再利用轉(zhuǎn)子位置進行PARK變換得到永磁同步電機的直軸電流和交軸電流。

第三步，根據(jù)速度設(shè)定和速度反饋對速度環(huán)的自抗擾控制器進行計算。

本發(fā)明實施例中自抗擾控制器如下：

跟蹤—微分器給速度設(shè)定合理的安排過渡過程?，其具體表達(dá)式為

其中為過渡信號與速度設(shè)定之間的差值，是過渡信號的微分信號，為常數(shù)，?，是符號函數(shù)，在時，；當(dāng)?時，，為非線性因子，為濾波因子；

擴張狀態(tài)觀測器對永磁同步電機的轉(zhuǎn)速輸出和系統(tǒng)的總擾動進行觀測，得到轉(zhuǎn)速輸出的觀測值和擾動的估計值，具體表達(dá)式為

其中為轉(zhuǎn)速觀測值和實際值之間的差值，是轉(zhuǎn)速觀測值的導(dǎo)數(shù)信號，為自抗擾控制器的輸出控制作用，?由系統(tǒng)模型決定，和為常數(shù)；

非線性狀態(tài)誤差反饋控制將已安排過渡過程的速度信號和轉(zhuǎn)速輸出的觀測值之間的誤差?經(jīng)過非線性處理得到初級的控制作用，再經(jīng)過擾動補償?shù)玫阶钥箶_控制器的控制作用，具體表達(dá)式為

其中?為常數(shù)。