[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

本發明為解決現有擾動觀測器設計存在的不足，并尤其針對電機運行過程中因電感變化產生電壓擾動，導致預測控制輸出電壓偏離準確值，影響電機平穩運行的問題，結合擴展卡爾曼濾波理論，提供了一種永磁同步電機的擾動抑制方法，采用基于擴展卡爾曼濾波的擾動觀測器，可以準確的觀測由于參數失配引起的系統擾動。與傳統方法相比，具有設計簡單、動靜態跟隨性好等諸多有益效果。

技術領域

本發明涉及永磁同步電機控制中的擾動抑制領域，特別是涉及永磁同步電機在電感失配情況下的電壓擾動觀測與補償。

背景技術

在應用于永磁同步電機控制的數字控制系統中，無差拍電流預測控制是一種被廣泛采用的方法，其具有計算量小、動態和靜態跟蹤性能好的特點，相比于傳統的PI控制，無差拍電流預測控制具有更好的控制效果。但由于無差拍電流預測控制依賴于準確的電機模型，所以當電機參數失配時會導致計算出的參考電壓偏離準確值，進而使電機的電流和轉矩產生明顯波動。通過將預測控制和擾動觀測器相結合，實時觀測由于電機參數失配引起的擾動，可以提高控制性能并補償系統擾動的影響。

目前常見的擾動觀測器有降維觀測器和滑膜觀測器，通過合理的調節系統參數，擾動觀測器可以起到補償系統擾動的作用，但這些觀測器仍存在一些缺陷。比如，Kyeong-Hwa Kim等人在《A Current Control for a Permanent Magnet Synchronous Motor witha Simple Disturbance Estimation Scheme》一文中設計了一種降維觀測器，其本質上是一種多輸入多輸出PI控制器，可以補償因參數失配產生的預測控制輸出參考電壓擾動，但僅限于較小的參數失配范圍(50％增減范圍內)，當參數失配量較大時，觀測器會產生超調而影響觀測精度。Zhang Xiaoguang等人在《Deadbeat Predictive Current Control ofPermanent-Magnet Synchronous Motors with Stator Current and DisturbanceObserver》一文中設計了一種基于指數趨近率的滑膜觀測器，可以實時觀測參數失配引起的電壓擾動，但其在d-q坐標系下進行觀測器的設計，交直軸電壓電流分量存在耦合，影響觀測的精度；同時，由于采用滑膜控制算法計算較為復雜，計算量遠大于線性運算，對電機控制硬件設備要求較高。

發明內容

為解決現有擾動觀測器設計存在的不足，并尤其針對電機運行過程中因電感變化產生電壓擾動，導致預測控制輸出電壓偏離準確值，影響電機平穩運行的問題，本發明結合擴展卡爾曼濾波理論，提供了一種永磁同步電機的擾動抑制方法，采用基于擴展卡爾曼濾波的擾動觀測器，可以準確的觀測由于參數失配引起的系統擾動。方法具體包括以下步驟：

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、轉子位置角作為觀測量；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。

進一步地，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：