[發明專利]一種永磁同步電機轉速波動抑制方法

有效

• 申請號: 201710678168.1
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107241034B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 程靖;曾銳;李慧穎;周義;張兵;唐云霄;林琳
• 申請（專利權）人: 中電科蕪湖鉆石飛機制造有限公司
• 主分類號: H02P6/10
• 分類號: H02P6/10;H02P6/34;H02P6/00;H02P21/18
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 馬榮

本發明公開了一種永磁同步電機轉速波動抑制方法，通過設計的狀態觀測器觀測負載擾動下電機轉速的波動量，利用設計的觀測器增益和濾波器得到等價的負載擾動，等價的負載擾動作用于電機系統，電機系統產生與負載擾動相反的轉速波動，從而抵消電機負載擾動下的轉速波動。本發明在id＝0矢量控制系統的基礎上，設計狀態觀測器、觀測器增益和濾波器得到等價的輸入負載擾動，抵消負載擾動帶來的轉速波動，通過仿真實驗表明：基于等價輸入干擾算法的電機轉速波動抑制方法能夠快速響應轉速波動，能夠有效抑制周期負載信號、階躍負載信號以及不規則負載信號帶來的轉動波動，實現調速系統的高精度控制。

技術領域

本發明涉及電機控制領域，特別涉及一種永磁同步電機轉速波動抑制方法。

背景技術

永磁同步電機以其高功率密度、轉矩大、體積小、效率高、控制簡單、精度高等優點，被廣泛應用于工業機器人、電動汽車以及航空航天等驅動控制系統中。由于永磁同步電機驅動負載的形式不同，導致負載信號的形式也不同，如周期性負載信號、非線性負載信號、階躍負載信號、不規則負載信號等等，通過分析永磁同步電機的動態電磁轉矩方程知道，當這些負載加入永磁同步電機控制系統中會引起轉速的波動，進而引起電機控制系統的振動，影響永磁同步電機轉速的高精度控制，嚴重時會導致整個驅動控制系統共振，影響電機的使用壽命。例如工業生產線上的機器人手臂是通過花鍵銜接，花鍵間的間隙會引起永磁同步電機所加負載信號的不同，進而導致機械臂的振動，影響機械手臂控制的精度。

目前針對于永磁同步電機負載擾動下帶來的轉速波動，常見抑制轉速波動的方法有：(1)通過轉矩補償的方法來抑制負載擾動帶來的轉速波動、(2)通過設計重復復合控制器來抑制負載擾動下的轉速波動，如專利CN201510660766.7-電動汽車、永磁同步電機轉速波動的抑制方法及抑制系統。轉矩補償抑制轉速波動是通過比較當前周期的轉速與前一個周期的轉速，通過預設的補償數據庫，確定補償轉矩抑制負載帶來的轉速波動。一方面會增加控制系統的計算任務量；另一方面需要通過比較、查表確定補償的轉矩，不能夠實時響應。重復復合控制器抑制轉速波動是通過快速傅里葉變換建立給定轉速與擾動頻率的對應數據表，利用重復控制器產生的周期內膜信號抑制擾動頻率分量，進而抑制轉速波動。重復控制器對于周期性負載下轉速波動抑制效果更好，對于非線性負載抑制效果較差；此外，控制器計算量大，響應慢。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種永磁同步電機轉速波動抑制方法，其能夠有效抑制電機轉速的波動，提高電機轉速控制的精度。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：一種電機轉速波動抑制方法，通過設計的狀態觀測器觀測負載擾動下電機轉速的波動量，利用設計的觀測器增益和濾波器得到等價的負載擾動，等價的負載擾動作用于電機系統，電機系統產生與負載擾動相反的轉速波動，從而抵消電機負載擾動下的轉速波動。

該方法具體包括如下步驟：

S1、建立電機旋轉坐標系下數學模型，模型為：

其中，u_d、u_q分別為旋轉坐標系下直軸電壓和交軸電壓；i_d、i_q分別為旋轉坐標系下直軸電流和交軸電流；r為電機的內阻；L_d、L_q分別為旋轉坐標系下直軸電感和交軸電感；P_m為電機的極對數；w為電機轉速；為電機磁通量；T_e為電磁轉矩；J為電機轉動慣量；TL為電機負載擾動，b為阻尼系統；