[發明專利]一種基于觀測器的負載擾動快速抑制方法

在審

• 申請號: 202110272721.8
• 申請日: 2021-03-13
• 公開（公告）號: CN112953317A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 黃文俊;李男;朱慶雪;李新
• 申請（專利權）人: 無錫信捷電氣股份有限公司
• 主分類號: H02P6/10
• 分類號: H02P6/10
• 代理公司: 無錫經誠知識產權代理事務所(普通合伙) 32504
• 代理人: 吳仁芬

本發明屬于伺服驅動器負載擾動抑制技術領域，尤其是一種基于觀測器的負載擾動快速抑制方法，包括包括如下步驟：步驟一：列出永磁同步電機動力學方程：步驟二：列寫狀態方程：當控制器采樣周期很小時，一個周期內，負載可認為恒定不變步驟三：降階觀測器構建：步驟四：轉矩電流前饋補償：將負載轉矩觀測器觀測到的負載轉矩按比例前饋補償到轉矩電流中，作為負載擾動的補償信號，即可得轉矩電流前饋補償的永磁同步電機抗負載擾動控制系統。本發明一種基于轉矩電流前饋補償的抗負載擾動控制策略，在觀測器原有的積分環節中加入比例環節對負載轉矩進行實時觀測，能有效提高負載轉矩觀測的收斂速度。

技術領域

本發明涉及伺服驅動器負載擾動抑制技術領域，尤其涉及一種快速識別負載擾動并進行抑制的方法，可提高伺服系統速度控制的精度和響應性。

背景技術

負載，在物理學中指連接在電路中的電源兩端的電子元件，用于把電能轉換成其他形式的能的裝置。常用的負載有電阻、引擎和燈泡等可消耗功率的元件。對負載最基本的要求是阻抗匹配和所能承受的功率，負載，又稱負荷、載荷。物理含義指將電能轉換成其他形式能量的裝置，是一切用電器的統稱。例如電燈泡、電動機、電爐等都叫負載，它們分別將電能轉化成光能、機械能、熱能等。另一方面，對電力系統、電氣設備本身來說，它們承受載荷都有一定限度，一般都在其銘牌上標注。超過這個限度就叫過載，過載是不允許的，它是引起事故的重要原因。

電機在實際運行中，由于負載時變且不可預測，僅采用PI調節器不能很好地抑制負載擾動帶來的轉速波動，需要對各個性能指標進行折中考慮。針對抗負載擾動的問題，引入負載轉矩的前饋補償，轉換成兩自由度控制系統是一個比較好的解決方案，但是如果要對負載轉矩直接測量，會使系統成本較高，并且儀器精度和響應速度都會影響負載轉矩的測量。

發明內容

基于背景技術中提出的針對抗負載擾動的問題，引入負載轉矩的前饋補償，轉換成兩自由度控制系統是一個比較好的解決方案，但是如果要對負載轉矩直接測量，會使系統成本較高，并且儀器精度和響應速度都會影響負載轉矩的測量的技術問題，本發明提出了一種基于觀測器的負載擾動快速抑制方法。

本發明提出的一種基于觀測器的負載擾動快速抑制方法，包括如下步驟：

步驟一：列出永磁同步電機動力學方程：

步驟二：列寫狀態方程：

當控制器采樣周期很小時，一個周期內，負載可認為恒定不變，即：

因此狀態方程可寫成：

步驟三：降階觀測器構建：

步驟四：轉矩電流前饋補償：

將負載轉矩觀測器觀測到的負載轉矩按比例前饋補償到轉矩電流中，作為負載擾動的補償信號，即可得轉矩電流前饋補償的永磁同步電機抗負載擾動控制系統。

優選地，所述永磁同步電機動力學方程的式中：Te為電磁轉矩，J為轉動慣量，wm為轉子機械角速度，bm為摩擦系數，θm為機械角度，Tl為負載轉矩。

優選地，所述狀態方程的式中：

u＝T_e C＝[1 0] y＝w_m。

優選地，所述步驟三中的式中，為狀態變量的估計值，K₁＝[k₁ k₂]^T，K₂＝[k₃ k₄]^T為反饋矩陣。