[發(fā)明專利]基于魯棒迭代學(xué)習(xí)控制的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710182296.7
• 申請(qǐng)日: 2017-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN107070341B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧永停;李洪文;劉京
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): H02P21/05
• 分類號(hào): H02P21/05;H02P21/00
• 代理公司: 長(zhǎng)春菁華專利商標(biāo)代理事務(wù)所(普通合伙) 22210
• 代理人: 朱紅玲

基于魯棒迭代學(xué)習(xí)控制的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法，涉及永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速控制技術(shù)領(lǐng)域。針對(duì)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題，同時(shí)考慮伺服系統(tǒng)存在參數(shù)攝動(dòng)和外部負(fù)載擾動(dòng)的情況，將自適應(yīng)滑?？刂婆c迭代學(xué)習(xí)控制相結(jié)合，設(shè)計(jì)了魯棒迭代學(xué)習(xí)控制器。迭代學(xué)習(xí)控制，對(duì)系統(tǒng)中基于系統(tǒng)狀態(tài)的未知周期性函數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，抑制系統(tǒng)周期性脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩；滑模變結(jié)構(gòu)控制，使系統(tǒng)軌跡沿著滑模面運(yùn)行，提高系統(tǒng)的抗擾動(dòng)性能；針對(duì)滑?？刂贫墩駟栴}，設(shè)計(jì)自適應(yīng)律對(duì)系統(tǒng)擾動(dòng)進(jìn)行估計(jì)，將估計(jì)值補(bǔ)償?shù)娇刂破?，在保證系統(tǒng)魯棒性的同時(shí)可有效削弱滑模抖振。本發(fā)明結(jié)合迭代學(xué)習(xí)控制和滑?？刂频膬?yōu)點(diǎn)，在提高系統(tǒng)魯棒性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的有效抑制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于魯棒迭代學(xué)習(xí)控制的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法。

背景技術(shù)

近年來永磁同步電機(jī)(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率高以及調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)在機(jī)器人、高精度數(shù)控機(jī)床、光電轉(zhuǎn)臺(tái)、航空航天等不同的領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。但是，由齒槽轉(zhuǎn)矩、磁通諧波以及電流檢測(cè)誤差等因素引起的周期性轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的存在，影響了永磁同步電機(jī)在高精度控制場(chǎng)合的應(yīng)用。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)會(huì)進(jìn)一步引起周期性轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，導(dǎo)致在電機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲，降低永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟蹤性能。

目前，閉環(huán)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法主要分為兩類。第一類方法將轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)控制器設(shè)計(jì)在轉(zhuǎn)矩環(huán)(電流環(huán))上，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器在線實(shí)時(shí)估計(jì)轉(zhuǎn)矩，并將觀測(cè)值反饋補(bǔ)償?shù)娇刂破?。但是這種方法僅局限對(duì)從電學(xué)系統(tǒng)估計(jì)出的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行抑制，那些由機(jī)械部分產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩(如：齒槽轉(zhuǎn)矩)無法估計(jì)，因此也沒有受到抑制。使用轉(zhuǎn)矩傳感器可以解決上述問題，但是轉(zhuǎn)矩傳感器將大大提高控制系統(tǒng)成本。第二類方法將控制器設(shè)計(jì)在速度環(huán)上，轉(zhuǎn)速脈動(dòng)可以完全反應(yīng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的情況，若要減小轉(zhuǎn)速脈動(dòng)，轉(zhuǎn)速脈動(dòng)產(chǎn)生的原因轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)必須得到抑制。這類方法可以間接達(dá)到轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制的目的，同時(shí)對(duì)電學(xué)部分和機(jī)械部分產(chǎn)生的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩均可以進(jìn)行抑制。

迭代學(xué)習(xí)控制(Iterative Learning Control,ILC)是一種基于記憶機(jī)制的無模型控制方法，能夠通過對(duì)周期性偏差信號(hào)的不斷“學(xué)習(xí)”，使偏差信號(hào)在有限時(shí)間內(nèi)趨于零。該方法對(duì)于在一定時(shí)間內(nèi)周期性重復(fù)執(zhí)行某一動(dòng)作的控制系統(tǒng)可取得良好的控制性能。由于周期性的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩可視為系統(tǒng)的周期性擾動(dòng)，采用ILC控制方法可以獲得良好的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制性能。

在速度PI控制器的基礎(chǔ)上并聯(lián)一個(gè)迭代學(xué)習(xí)控制器(PI-ILC)是一個(gè)廣泛應(yīng)用的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法，但是該方法對(duì)于非周期性的系統(tǒng)擾動(dòng)非常敏感，當(dāng)系統(tǒng)存在參數(shù)攝動(dòng)以及外部負(fù)載擾動(dòng)時(shí)難以獲得理想的控制性能。由于在實(shí)際應(yīng)用中，永磁同步電機(jī)不可避免會(huì)遇到各種干擾，都會(huì)影響永磁同步電機(jī)的伺服性能。因此，在抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的同時(shí)伺服系統(tǒng)的魯棒控制是一個(gè)非常有必要研究的問題。

滑?？刂品椒?Sliding Mode Control,SMC)作為一種變結(jié)構(gòu)控制方法，具有對(duì)系統(tǒng)模型精度要求不高，響應(yīng)快，魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合解決提高系統(tǒng)抗擾動(dòng)性能的問題。但是，在滑?？刂葡到y(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)存在擾動(dòng)時(shí)，切換增益必須隨著擾動(dòng)值的增大而增大，才能保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，有效抑制擾動(dòng)。但是在實(shí)際的應(yīng)用中，系統(tǒng)擾動(dòng)值一般難以確定；同時(shí)，由于切換函數(shù)的存在，大的控制增益往往會(huì)激發(fā)系統(tǒng)高頻抖振，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的控制性能。自適應(yīng)律可以很好的解決上述問題。自適應(yīng)律對(duì)系統(tǒng)擾動(dòng)進(jìn)行在線估計(jì)，并反饋補(bǔ)償?shù)娇刂破?，可減小切換增益，有效削弱滑模抖振。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題，同時(shí)考慮伺服系統(tǒng)存在參數(shù)攝動(dòng)和外部負(fù)載擾動(dòng)的問題，提供一種基于魯棒迭代學(xué)習(xí)控制的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法。

基于魯棒迭代學(xué)習(xí)控制的永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)抑制方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一、建立永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速伺服系統(tǒng)的狀態(tài)方程，用公式一表示為

公式一、