[發(fā)明專利]一種永磁同步電機(jī)的控制方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010294727.0
• 申請日: 2020-04-15
• 公開（公告）號: CN111510035A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉開欣;宋墩文;于明;楊學(xué)濤;李錚;郁舒雁;許鵬飛;陳勇;劉英志;郅治;位士全;劉道偉;杜三恩;馮靜;楊紅英;蔣勇;謝家正;趙高尚
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電力科學(xué)研究院有限公司;國家電網(wǎng)有限公司;廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/20;H02P21/13;H02P25/022
• 代理公司: 北京工信聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11266
• 代理人: 姜麗樓

本申請?zhí)峁┮环N基于自抗擾控制與負(fù)載轉(zhuǎn)矩前饋補償?shù)挠来磐诫姍C(jī)的控制方法及裝置，通過自抗擾控制的三大模塊：非線性TD、線性ESO和比例誤差反饋控制和在傳統(tǒng)電流環(huán)的基礎(chǔ)上加入負(fù)載轉(zhuǎn)矩前饋補償，建立永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)對永磁同步電機(jī)進(jìn)行控制，解決了現(xiàn)有技術(shù)對負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測精度的要求高，算法復(fù)雜，運算量較大，不利于控制的實時性的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及永磁同步電機(jī)控制算法領(lǐng)域，具體涉及一種基于ADRC與負(fù)載轉(zhuǎn)矩前饋補償?shù)挠来磐诫姍C(jī)的控制方法，同時涉及一種基于ADRC與負(fù)載轉(zhuǎn)矩前饋補償?shù)挠来磐诫姍C(jī)的控制裝置。

背景技術(shù)

永磁同步電機(jī)(PMSM)具有諸多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于伺服運動控制系統(tǒng)中，其調(diào)速方式主要有恒壓頻比(V/F)調(diào)速、直接轉(zhuǎn)矩(DTC)調(diào)速和磁場定向矢量控制(FOC)，其中FOC是高性能高精度運動控制系統(tǒng)的主流。

傳統(tǒng)的永磁同步電機(jī)矢量調(diào)速系統(tǒng)采用內(nèi)環(huán)電流環(huán)，外環(huán)速度環(huán)的雙閉環(huán)控制，且速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器均采用PI控制，但傳統(tǒng)PI控制會引起速度快速性與超調(diào)性無法協(xié)調(diào)的矛盾，同時積分環(huán)節(jié)會使矢量控制系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍從而導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩不穩(wěn)定。

鑒于傳統(tǒng)PI(比例積分控制)控制存在的一系列問題，自抗擾控制(ADRC)作為一種改進(jìn)非線性控制算法，采用擴(kuò)張狀態(tài)觀測器(ESO)對系統(tǒng)內(nèi)外綜合干擾量進(jìn)行觀測并進(jìn)行補償，很好地提高了系統(tǒng)魯棒性和抗干擾能力，有效解決傳統(tǒng)PI控制器存在的一系列問題。但現(xiàn)有研究方法中都存在著應(yīng)對大擾動的能力稍顯不足的問題。針對傳統(tǒng)自抗擾控制器的ESO觀測精度受干擾量大小影響，干擾量過大會加大ESO的觀測負(fù)擔(dān)，降低觀測精度，從而弱化了ADRC的抗干擾能力，對此提出了辨識補償自抗擾控制器，對電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量和負(fù)載轉(zhuǎn)矩進(jìn)行辨識并補償給ESO，減少了ESO的干擾觀測量，但是該方法算法復(fù)雜，運算量較大，不利于控制的實時性。

發(fā)明內(nèi)容

本申請?zhí)峁┮环N基于自抗擾控制與負(fù)載轉(zhuǎn)矩前饋補償?shù)挠来磐诫姍C(jī)的控制方法及裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)對負(fù)載轉(zhuǎn)矩觀測精度的要求高，算法復(fù)雜，運算量較大，不利于控制的實時性的問題。

本申請?zhí)峁┮环N永磁同步電機(jī)的控制方法，包括：

建立一階自抗擾控制器數(shù)學(xué)模型的標(biāo)準(zhǔn)形式；

建立包含磁路不飽和的表貼式永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型；

基于非線性微分跟蹤器和線性化擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，獲取一階簡化自抗擾速度控制器數(shù)學(xué)模型；

在傳統(tǒng)電流環(huán)的基礎(chǔ)上，加入負(fù)載轉(zhuǎn)矩前饋補償，建立基于自抗擾控制與負(fù)載轉(zhuǎn)矩前饋補償控制的永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)對永磁同步電機(jī)的控制。

優(yōu)選的，建立一階自抗擾控制器數(shù)學(xué)模型的標(biāo)準(zhǔn)形式，包括：建立一階跟蹤微分器TD、二階擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，以及狀態(tài)誤差反饋控制律NLSEF，其中，一階跟蹤微分器TD為，

二階擴(kuò)張狀態(tài)觀測器為，

狀態(tài)誤差反饋控制律NLSEF為，

式中，z₁₁為給定參考信號，v為輸入信號，z₂₁為系統(tǒng)狀態(tài)量的跟蹤值，z₂₂為系統(tǒng)綜合擾動觀測值，x為輸出信號，[β₀₁,β₀₂]為狀態(tài)觀測器各階增益系數(shù)，r是TD跟蹤快慢因子，b₀是控制量估測增益，fal(·)是非線性函數(shù)，形式如下：

上式中，α為非線性因子，δ線性區(qū)間寬度。

優(yōu)選的，建立包含磁路不飽和的表貼式永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，所述數(shù)據(jù)模型如下，