[發明專利]一種交流伺服系統及位置環的擾動抑制方法

有效

• 申請號: 201910947112.0
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110661464B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 李方俊;王利;李昕奇;李俊峰;李浩;王生捷
• 申請（專利權）人: 北京機械設備研究所
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P21/22;H02P21/14;H02P21/18;H02P21/06;H02P25/026
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 李明里

本發明涉及一種交流伺服系統及位置環的擾動抑制方法，屬于電機控制技術領域，解決傳統交流伺服系統位置精度差和響應速度慢的問題；系統采用包括位置環和電流環的雙閉環控制結構，在位置環中包括自適應非奇異終端滑模控制器，用于根據外部跟蹤指令信號解算q軸電流信號；包括擴張狀態觀測器，用于觀測位置環上的負載擾動上界，反饋到滑模位置控制器，對滑模位置控制器的解算進行補償；在電流環根據所述解算的q軸電流信號控制電機轉動。本發明簡化了交流伺服系統的控制結構，提高了位置伺服系統的響應能力和魯棒性；對位置環上負載擾動上界的進行觀測，隨后代入控制器中進行補償，進一步提高了伺服系統的抗擾動能力。

技術領域

本發明涉及于電機控制技術領域，尤其是一種交流伺服系統及位置環的擾動抑制方法。

背景技術

現階段，永磁同步電機位置伺服系統一般采用三閉環控制結構，內環為電流環，次環為速度環，最外環為位置環；PID是環路控制器最常用的設計方法。但是，傳統的PID控制器參數調節復雜，系統響應速度慢，在面對系統結構參數不確定或者時變、非線性和負載變化時難以達到理想的控制效果。近年來許多先進的控制算法在不確定永磁同步電機伺服系統中得到了應用，如采用自適應反步控制的方法對系統未知參數進行估計并利用滑模控制來保證系統對未知擾動的魯棒性；采用自適應模糊滑模控制的方法對系統存在的抖振問題進行抑制。但是上述的控制方法存在一定的不足之處，例如：采用反步法設計控制器結構時會存在著“項數膨脹”的問題，將導致所設計的控制輸入量特別大，實際控制系統難以實現；傳統的滑模控制器采用的線性滑模面，響應速度慢，理論上系統狀態難以在有限時間內收斂到給定軌跡，滑模控制器還存在其固有的抖振問題，位置精度差；而且，為了得到良好的抗擾能力，傳統的滑模控制器不得不將擾動上界值取得偏大，這加劇了系統的抖動。

發明內容

鑒于上述的分析，本發明旨在提供一種交流伺服系統及位置環的擾動抑制方法，解決傳統交流伺服系統的位置精度差和響應速度慢的問題。

本發明的目的主要是通過以下技術方案實現的：

本發明公開了一種交流伺服系統，采用雙閉環控制結構，包括位置環和電流環；

所述位置環中包括滑模位置控制器和擴張狀態觀測器；

所述滑模位置控制器為自適應非奇異終端滑模控制器，用于根據外部跟蹤指令信號解算q軸電流信號；

所述擴張狀態觀測器，用于觀測位置環上的負載擾動上界D，反饋到滑模位置控制器，對滑模位置控制器的解算進行補償；

所述電流環，根據所述解算的q軸電流信號控制電機轉動。

進一步地，在所述自適應非奇異終端滑模控制器中構造的非奇異終端滑模面數式中，e(t)＝θ-y_r是伺服系統的位置跟蹤誤差，y_r為外部跟蹤指令信號指定的轉動角度，θ為電機轉動機械角度；β0為常數；p和q是設定的滑模面的奇數，且qp2q。

進一步地，所述自適應非奇異終端滑模控制器中構造的Lyapunov函數為：

式中，λ和μ為正比例系數；為系統轉動慣量J的估計值；為系統結構參數的自適應估計值，J為折算到電機軸端的系統轉動慣量；B為摩擦系數。

進一步地，所述系統結構參數自適應估計值滿足關系式：式中，w為電機的機械角速度，S為非奇異終端滑模面數；通過對所述關系式積分可得到系統結構參數自適應估計值

進一步地，所述系統轉動慣量J的估計值滿足關系式：式中，u^*為d軸指定電壓；通過對所述關系式積分可得到系統轉動慣量的估計值

進一步地，所述輸出q軸控制電流式中，T_e為永磁同步電機的電磁力矩；n_p為永磁同步電機的電極對數；ψ_f為電機轉子磁鏈。