[發(fā)明專利]基于主從調(diào)節(jié)的雙繞組電機(jī)預(yù)測(cè)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011292850.5
• 申請(qǐng)日: 2020-11-18
• 公開（公告）號(hào): CN112583313B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐德佳;王厚浩;何洋;潘衛(wèi)東;徐志偉;蘇偉杰;張強(qiáng);劉若愚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海航天控制技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H02P21/00
• 分類號(hào): H02P21/00;H02P21/22;H02P21/13
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 圣冬冬

本發(fā)明提供了一種基于主從調(diào)節(jié)的雙繞組電機(jī)預(yù)測(cè)控制方法，本發(fā)明基于主從控制方法，采用單編碼器對(duì)雙繞組電機(jī)進(jìn)行高精度速度環(huán)控制，位置反饋精度達(dá)到20″；引入電流預(yù)測(cè)控制方法，并設(shè)計(jì)龍貝格狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)電機(jī)主、從繞組內(nèi)部攝動(dòng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)高性能電流環(huán)的設(shè)計(jì)；在上述基礎(chǔ)上，在線預(yù)估主、從繞組電磁轉(zhuǎn)矩，并采用轉(zhuǎn)矩前饋補(bǔ)償方法，克服現(xiàn)有雙繞組電機(jī)各繞組間電磁轉(zhuǎn)矩不均問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于主從調(diào)節(jié)的雙繞組電機(jī)預(yù)測(cè)控制方法。

背景技術(shù)

電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)是大型航天飛行器系統(tǒng)重要的執(zhí)行元件，其伺服性能、高過載能力以及穩(wěn)定性是飛行器安全運(yùn)行的保障。為保證航天飛行器的安全性，多余度電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)正不斷地發(fā)展，雙繞組電機(jī)作為多余度電機(jī)的一種，具有功率密度高、輸出扭矩大及可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。基于雙繞組電機(jī)的伺服機(jī)構(gòu)不僅有更高的功率密度比，且具備一定的余度備份功能，已成為高性能冗余伺服機(jī)構(gòu)重要的發(fā)展方向。

雙繞組電機(jī)含有兩個(gè)獨(dú)立且互為60°的定子繞組，共享一個(gè)轉(zhuǎn)子輸出軸，正常運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部?jī)呻姍C(jī)輸出速度被強(qiáng)制為同步，但是，由于電機(jī)制造裝配誤差及外部環(huán)境因素的影響，電機(jī)內(nèi)部各繞組參數(shù)難以完全達(dá)到一致，當(dāng)電機(jī)勻速運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部各繞組間電磁轉(zhuǎn)矩不均現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致某一電樞繞組過流而燒毀；另外，雙繞組電機(jī)存在固有的磁熱耦合、參數(shù)時(shí)變等非線性問題，傳統(tǒng)的PI控制難以滿足雙繞組電機(jī)系統(tǒng)快響應(yīng)、高可靠性及魯棒性等要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于主從調(diào)節(jié)的雙繞組電機(jī)預(yù)測(cè)控制方法。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于主從調(diào)節(jié)的雙繞組電機(jī)預(yù)測(cè)控制方法，包括：

(1)將雙繞組電機(jī)等效為主、從繞組，利用單套編碼器實(shí)現(xiàn)位置、速度采集，以簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)架構(gòu)；

(2)引入雙繞組電機(jī)的電流預(yù)測(cè)控制方法取代傳統(tǒng)PI控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)內(nèi)部主、從繞組高性能電流環(huán)設(shè)計(jì)；

(3)采用龍貝格狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)電機(jī)主、從繞組內(nèi)部的攝動(dòng)參數(shù)進(jìn)行在線觀測(cè)，實(shí)所述現(xiàn)雙繞組電機(jī)電流的高精度預(yù)測(cè)控制；

(4)實(shí)時(shí)預(yù)估雙繞組電機(jī)的主、從繞組電磁轉(zhuǎn)矩，增加轉(zhuǎn)矩前饋補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)主、從繞組轉(zhuǎn)矩均衡。

進(jìn)一步的，在上述方法中，將雙繞組電機(jī)等效為主、從兩個(gè)繞組，包括：

使主繞組完成速度環(huán)與電流環(huán)控制，從繞組同步接收并響應(yīng)主繞組速度環(huán)輸出的電流指令。

進(jìn)一步的，在上述方法中，引入雙繞組電機(jī)的電流預(yù)測(cè)控制方法取代傳統(tǒng)PI控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)內(nèi)部主、從繞組高性能電流環(huán)設(shè)計(jì)，包括：

在d-q坐標(biāo)系下，依次將開關(guān)管八個(gè)開關(guān)狀態(tài)的對(duì)應(yīng)電壓代入含待觀測(cè)參數(shù)的離散化永磁同步電機(jī)的電氣特性狀態(tài)空間方程，得出下一時(shí)刻的八個(gè)電流預(yù)測(cè)值，基于下一時(shí)刻的八個(gè)電流預(yù)測(cè)值，提取代價(jià)函數(shù)g為最小時(shí)對(duì)應(yīng)的開關(guān)管信號(hào)作為下一時(shí)刻的控制狀態(tài)。

進(jìn)一步的，在上述方法中，采用龍貝格狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)電機(jī)主、從繞組內(nèi)部的攝動(dòng)參數(shù)進(jìn)行在線觀測(cè)，實(shí)所述現(xiàn)雙繞組電機(jī)的電流的高精度預(yù)測(cè)控制，包括：

依據(jù)雙繞組電機(jī)的理想電壓方程，采用龍貝格狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)電機(jī)主、從繞組內(nèi)部攝動(dòng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)辨識(shí)，，有效提高電流預(yù)測(cè)控制精度。

進(jìn)一步的，在上述方法中，實(shí)時(shí)預(yù)估雙繞組電機(jī)的主、從繞組電磁轉(zhuǎn)矩，增加轉(zhuǎn)矩前饋補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)主、從繞組轉(zhuǎn)矩均衡，包括：

結(jié)合電流預(yù)測(cè)控制，實(shí)時(shí)預(yù)估電機(jī)主、從繞組電磁轉(zhuǎn)矩，增加轉(zhuǎn)矩前饋補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)主、從繞組轉(zhuǎn)矩均衡。