[發明專利]一種永磁同步電機的擾動抑制方法

有效

• 申請號: 201910155432.2
• 申請日: 2019-03-01
• 公開（公告）號: CN109713971B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 張承寧;張春濤;張碩;周瑩
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P21/14
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

1.一種永磁同步電機的擾動抑制方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

步驟一、在線數據獲取，實時采集永磁同步電機的三相電流、轉速、轉子位置角；

步驟二、建立無差拍電流預測控制模型，利用所述步驟一中采集的數據實時計算出下一時刻的參考電壓；

步驟三、建立基于擴展卡爾曼濾波(EKF)算法的擾動觀測器方程，將由所述步驟二得到的參考電壓作為控制量，以由電感引起的電壓擾動量作為狀態向量，以三相電流、轉速、轉子位置角為觀測量；并利用所述方程實時更新計算電壓擾動量，并前饋補償到所述參考電壓上，得到更新的參考電壓；

所述步驟二具體包括：建立永磁同步電機在α-β坐標系下的數學模型：

式中u_α、u_β為α-β坐標系下定子電壓；i_α、i_β為α-β坐標系下定子電流；ψ_r為轉子磁鏈；R_s為定子電阻；L_s為定子電感；ω_e、ω_m分別為轉子的電角速度和轉子的機械角速度；θ為轉子位置角；p為微分算子；T_e為電磁轉矩；T_L為負載轉矩；B為粘滯系數；p_m為電機的極對數；ψ_α、ψ_β為α-β坐標系下的定子磁鏈；t為時間變量；J為負載轉動慣量；

上述模型加入擾動項后電壓為：

式中，f_α、f_β表示α-β坐標系下電壓擾動量；

其中擾動項為：

式中，△L表示電感失配量，△L＝L_s-L_s0，L_s0表示電感標定值。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟三中利用所述方程實時更新計算電壓擾動量具體包括：

①：將所述方程的狀態向量、狀態向量的協方差、系統噪聲協方差矩陣和量測噪聲協方差矩陣進行初始化；

②：預測，將初始化的狀態向量作為t_k-1時刻的修正值的情況下，預測出估計值以及先驗估計的協方差矩陣P_k|k-1，在此基礎上求出卡爾曼增益K_k；

③：更新，根據觀測誤差以及最小方差原則對先驗估計值進行修正，從而得到狀態向量的修正值同時求出修正值的協方差矩陣P_k；

④：完成步驟③后，輸出所述狀態向量的修正值，同時把k作為新的采樣時間點,將所述狀態向量修正值和所述狀態向量修正值的協方差值代入步驟②進行計算。

3.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述狀態向量的初始化，包括三相電流、轉速、轉子位置角、電壓擾動的初始化，擾動觀測器實時觀測電壓擾動，即擾動觀測器從電機啟動時刻即開始工作，因此將狀態向量初始值均設置為0。

4.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述狀態向量x為6維向量

x＝[i_α i_β ω_e θ f_α f_β]^T，觀測向量為4維向量y＝[i_α i_β ω_e θ]^T，式中，i_α、i_β為α-β坐標系下定子電流，ω_e為轉子的電角速度，θ為轉子位置角，f_α、f_β為電機α-β坐標系下電壓擾動量。

5.如權利要求2所述的方法，其特征在于：所述步驟③具體包括：

利用k時刻的狀態向量估計值協方差矩陣、測量轉移矩陣和量測噪聲協方差矩陣求出k時刻的卡爾曼增益矩陣：

式中，H_k為測量轉移矩陣；R為量測噪聲協方差矩陣；

同時，利用k時刻卡爾曼增益矩陣和狀態向量估計值的協方差矩陣得到k時刻狀態向量修正值的協方差值：

P_k＝P_k|k-1-K_kH_kP_k|k-1。