[發(fā)明專利]一種基于內(nèi)模觀測器的異步電機控制方法

有效

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• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106712625B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尹忠剛;杜娜;張延慶;劉靜;鐘彥儒
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/13
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 胡燕恒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于交流電機傳動技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于內(nèi)模觀測器的異步電機控制方法。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代電機控制技術(shù)領(lǐng)域，隨著矢量控制理論不斷實用化，通過對復雜的異步電機數(shù)學模型進行解耦控制，異步電機矢量控制技術(shù)獲得了廣泛應(yīng)用。

異步電機矢量控制方法包括轉(zhuǎn)速外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)兩個部分，控制器一般選用傳統(tǒng)PI控制器。傳統(tǒng)的PI控制器以其結(jié)構(gòu)簡單，較易實現(xiàn)而廣泛應(yīng)用到了電機控制系統(tǒng)之中。但傳統(tǒng)的PI控制器易受系統(tǒng)參數(shù)的影響，存在模型失配、參數(shù)攝動、抗擾性差等問題，因此對一些高性能控制系統(tǒng)難以達到期望的性能要求。

針對一般的異步電機矢量控制系統(tǒng)對電機參數(shù)變化的魯棒性差，提出一種基于內(nèi)模觀測器的二自由度內(nèi)模控制方法。二自由度內(nèi)模控制是對傳統(tǒng)內(nèi)模控制的改進，傳統(tǒng)內(nèi)模控制只有一個可調(diào)濾波器參數(shù)，只能在系統(tǒng)的跟蹤性能和抗擾性能之間折衷處理，二自由度內(nèi)模就是在傳統(tǒng)內(nèi)模控制器基礎(chǔ)上增加一個前置濾波器，實現(xiàn)系統(tǒng)抗擾性能與跟蹤性能分開調(diào)節(jié)。但是傳統(tǒng)二自由度內(nèi)模控制器無法有效消除由于模型失配、參數(shù)攝動等帶來的不確定性擾動，所以本發(fā)明在二自由度內(nèi)模控制器的基礎(chǔ)上，設(shè)計了內(nèi)模觀測器來估計擾動，從而實現(xiàn)電流環(huán)的精確控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于內(nèi)模觀測器的異步電機控制方法，解決了傳統(tǒng)內(nèi)模控制存在的模型失配、參數(shù)攝動、抗擾性差的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于內(nèi)模觀測器的異步電機控制方法，具體按以下步驟實施：

步驟1，設(shè)計內(nèi)模控制器：

通過給被控對象并聯(lián)一個與被控對象盡量一致的估計模型，重構(gòu)控制對象估計模型，得到異步電機電流環(huán)的模型，根據(jù)內(nèi)模控制原理，結(jié)合異步電機電流環(huán)的模型，設(shè)計出內(nèi)模控制器；

步驟2，在步驟1得到的內(nèi)模控制器基礎(chǔ)上設(shè)計二自由度內(nèi)模控制器；

步驟3，在異步電機狀態(tài)方程的基礎(chǔ)上設(shè)計內(nèi)模觀測器；

步驟4，根據(jù)步驟2得到的內(nèi)模觀測器估計出電流內(nèi)環(huán)擾動f_d和f_q，根據(jù)步驟2得到的二自由度內(nèi)模控制器輸出轉(zhuǎn)矩電壓U_d和勵磁電壓U_q，進而得到參考轉(zhuǎn)矩電壓和參考勵磁電壓即實現(xiàn)對異步電機的控制。

本發(fā)明特點還在于，

步驟1，具體為：

通過給被控對象并聯(lián)一個與被控對象盡量一致的估計模型。給出重構(gòu)的控制對象估計模型，即異步電機電流環(huán)的模型為：

式中：R_s、R_r分別為定子電阻和轉(zhuǎn)子電阻，ω_s為磁場同步旋轉(zhuǎn)角速度，為漏磁系數(shù)，L_s、L_r、L_m分別為感應(yīng)電機的定子電感、轉(zhuǎn)子電感和定轉(zhuǎn)子之間的互感，s為微分算子。

異步電機電流輸出表達式為：

式中：C(s)為內(nèi)模控制器，G(s)為被控制對象，G_n(s)為被控對象的估計模型，E(s)為反饋誤差信號，R(s)為控制系統(tǒng)的輸入，Y(s)為控制系統(tǒng)的輸出，d(s)為干擾輸入；通過閉環(huán)反饋后，系統(tǒng)能有效抑制擾動量的影響，提高抗干擾能力；

根據(jù)內(nèi)模控制原理，當模型匹配時，即G(s)＝G_n(s)，如果取內(nèi)模控制器為控制對象模型的逆，即內(nèi)模控制器設(shè)計為：

步驟2具體為：給步驟1設(shè)計得到的內(nèi)模控制器增加一個前置濾波器，使得抗擾性能與跟蹤性能分開調(diào)節(jié)，得到二自由度內(nèi)模控制器。

步驟3具體為：

異步電機在矢量變換后的d-q相正交坐標系下的數(shù)學模型為：

式中：u_sd、u_sq分別為定子電壓在d、q軸上的分量，i_sd、i_sq分別為定子電流在d、q軸上的分量，ψ_sd、ψ_sq分別為定子磁鏈在d、q軸上的分量，ω₁為磁場同步旋轉(zhuǎn)角速度；

其中，電機運行時忽略轉(zhuǎn)子電流，磁鏈方程為：

令L＝σL_s，通過以上兩式，并結(jié)合實際系統(tǒng)發(fā)生可加性的參數(shù)攝動和干擾，電流環(huán)模型可重新表示為：

式中：U_d、U_q為d-q相定子電壓，ΔL、ΔR為系統(tǒng)參數(shù)波動量；