[發(fā)明專利]一種基于無速度傳感的永磁同步電機高性能控制方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010749618.3
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111835251A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設計）人: 趙天海;李生權;馮波;陸浩;徐子楓;曹張然
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/13;H02P21/14;H02P21/18;H02P21/22;H02P21/24;H02P25/026;H02P27/12
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陳棟智;董旭東

本發(fā)明公開了一種基于無速度傳感的永磁同步電機高性能控制方法，包括以下：1）在軟件中進行基于DSP模塊化的PMSM矢量控制系統(tǒng)的設計與仿真；2）搭建基于DSP模塊化的PMSM矢量控制系統(tǒng)硬件電路，建立硬件電路與上位機的雙向通信；3）在上位機的速度環(huán)控制器中加入擴張狀態(tài)觀測器，采用自抗擾控制策略來控制電機轉速，同時擴張狀態(tài)觀測器采集速度信號前對速度信號采用差分跟蹤濾波器進行濾波處理；4）將3）中的速度環(huán)控制器引入2）中搭建的PMSM矢量控制系統(tǒng)硬件電路中，對PMSM進行控制；采用差分跟蹤濾波器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的IIR濾波器，解決了噪聲的問題，從而提高電機調(diào)速性能。

技術領域

本發(fā)明涉及一種永磁同步電機控制方法，特別涉及一種永磁同步電機高性能控制方法，屬于伺服控制系統(tǒng)領域。

背景技術

永磁同步電機由于其體積小，轉矩慣量比大、效率和可靠性高、伺服系統(tǒng)性能優(yōu)良，在工業(yè)生產(chǎn)中起到了重要的作用，特別是在機器人、航空航天、數(shù)控機床等對電機性能和控制精度要求高的場合和領域。但永磁同步電動機是一個強耦合的非線性系統(tǒng)。它的應用環(huán)境一般比較復雜，經(jīng)常會受到各種干擾，這些干擾往往來自建模過程中忽略的不確定因素、負載的突變以及工作環(huán)境的變化。它們的存在使得閉環(huán)系統(tǒng)的性能變差甚至不穩(wěn)定。在實際工程中，干擾往往是不可避免的，且干擾形式復雜，難以得到精確的模型。因此，采用先進的電機控制算法來提高交流調(diào)速系統(tǒng)的性能一直是國內(nèi)外研究的熱點。近年來，有許多的新型控制方法應用于永磁同步電機的控制，如滑?？刂?、模型預測控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、自抗擾控制等，這些方法不僅豐富了永磁同步電機的控制理論，而且使得永磁同步電機的性能得到了提升。其中，自抗擾控制器(ADRC)是眾多先進的控制方法之一，由于其良好的動態(tài)性能、穩(wěn)定性和魯棒性，以及理想的抗參數(shù)擾動性能，適用于永磁同步電機控制系統(tǒng)。傳統(tǒng)的PID控制器不能解決高性能永磁同步電機伺服系統(tǒng)超調(diào)量與響應速度的矛盾，其抗干擾能力不強，不能適應不同工況下電機參數(shù)的變化(J.Han,From PID to ActiveDisturbance Rejection Control,in IEEE Transactions on IndustrialElectronics,vol.56,no.3,pp.900-906,2009)，而將自抗擾控制應用于永磁同步電機矢量控制的速度環(huán)，可以實現(xiàn)永磁同步電機在不同負載下的無超調(diào)速度控制，也有效解決了傳統(tǒng)PID的問題(W.Xue,Y.Huang,Performance analysis of active disturbancerejection tracking control for a class of uncertain LTI systems,ISA Trans,vol.58,pp.133–154,2015.)。

在永磁同步電動機組成的交流傳動系統(tǒng)中，需要檢測轉子的轉速和磁極位置作為反饋信號。通常，反饋信號是通過同軸安裝的機械傳感器獲得的。但是機械傳感器給系統(tǒng)的安裝造成一定的困難，增加了系統(tǒng)的復雜度，使系統(tǒng)的可靠性降低(龐晴晴.永磁同步電機無傳感器控制技術研究[D].中國礦業(yè)大學,2014.)。目前，基于轉速范圍的無位置傳感器控制有兩種：一種是電機高速運行時基于反電動勢的轉子位置和速度估計的觀測器方法和低速運行時的高頻信號注入法。前者由于其操作簡單，通用性好被廣泛運用。目前常用的基于電機模型的轉速估計方法有滑模觀測器法、模型參考自適應控制算法和擴張卡爾曼濾波器。采用滑模觀測器，電機反電勢的估計方法相對簡單，但只在電機高速運行時有效，在低速或零速啟動時會有較大的誤差。后面兩種方法雖然魯棒性好，在高速和低速下具有良好的控制效果，但在使用過程中有計算量大、對參數(shù)變化敏感等缺點?；Ｓ^測器具有獨特的非線性控制特性，具有實現(xiàn)簡單、抗干擾能力強、對參數(shù)變化不敏感、魯棒性好等優(yōu)點。然而，在使用滑模觀測器時，必須考慮高頻抖振效應。采用基于非線性擴張狀態(tài)觀測器(ESO)的PMSM無位置傳感器控制方法，能夠較為準確地獲取轉子轉速與位置信息，并且與傳統(tǒng)滑模觀測器相比具有更高的觀測精度，同時也有效的緩解了高頻抖振效應(盧青高,唐春茂,王會明,李清都.基于擴張狀態(tài)觀測器的無傳感永磁同步電機研究[J].微特電機,2020,48(06):45-48+52)。