[發(fā)明專(zhuān)利]一種永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的慣量辨識(shí)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111007182.1
• 申請(qǐng)日: 2021-08-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113708686B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋寶;楊承博;唐小琦;周向東;李虎;鐘靖龍;姜茂文;李渝;張澤之
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P21/13
• 分類(lèi)號(hào): H02P21/13;H02P21/14;H02P21/18;H02P21/20;H02P25/022
• 代理公司: 武漢藍(lán)寶石專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 范三霞

1.一種永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的慣量辨識(shí)方法，其特征在于，包括：

步驟1，將慣量擴(kuò)展為新的系統(tǒng)狀態(tài)，構(gòu)建永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)展機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程；

步驟2，基于所述擴(kuò)展機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程，構(gòu)建具有時(shí)變反饋增益的新型擴(kuò)展滑模觀測(cè)器；

步驟3，構(gòu)建擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，對(duì)永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集總擾動(dòng)信息進(jìn)行估計(jì)，并將所述集總擾動(dòng)信息提供給所開(kāi)發(fā)的新型擴(kuò)展滑模觀測(cè)器，以使得該新型擴(kuò)展滑模觀測(cè)器成功辨識(shí)永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的慣量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的慣量辨識(shí)方法，其特征在于，所述步驟1包括：

永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程描述如下：

其中，ω_m為轉(zhuǎn)速，B為粘性摩擦系數(shù)，J為慣量，T_l為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，C為庫(kù)倫摩擦系數(shù)，T_e為電磁轉(zhuǎn)矩，T_e和ω_m由永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供；

定義慣量的倒數(shù)為j＝1/J，并將慣量擴(kuò)展為新的系統(tǒng)狀態(tài)，構(gòu)建永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的擴(kuò)展機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程如下：

其中，D_L為永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集總擾動(dòng)信息，其被定義為d_j表示j的導(dǎo)數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的慣量辨識(shí)方法，其特征在于，所述步驟2包括：

構(gòu)建用于估計(jì)永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)慣量的擴(kuò)展滑模觀測(cè)器：

其中，分別表示ω_m，j，D_L的估計(jì)值，f為反饋增益；U_ESMO表示滑模觀測(cè)器信號(hào)，其被設(shè)計(jì)為：

U_ESMO＝g·sign(S)； (4)

其中，g為滑模切換增益，S為滑模面，其被設(shè)計(jì)為

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的慣量辨識(shí)方法，其特征在于，所述步驟1還包括確定滑模切換增益g和反饋增益f，包括：

計(jì)算擴(kuò)展滑模觀測(cè)器的誤差方程：

其中，

假設(shè)e_D、e_j和T_e都是有界的，并且定義選取一個(gè)Lyapunov函數(shù)為V＝0.5S²，可得到：

根據(jù)等式(6)，當(dāng)滑模切換增益g被設(shè)計(jì)為時(shí)，能夠?qū)С鍪菨M(mǎn)足的，這意味著滑模可達(dá)條件是滿(mǎn)足的；

當(dāng)滑模發(fā)生后，e_ω及其導(dǎo)數(shù)將會(huì)在有限時(shí)間內(nèi)收斂至0，即等式(5)被重寫(xiě)為：

根據(jù)等式(7)，能夠得到：

其中，慣量的變化頻率遠(yuǎn)低于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的采樣頻率，在短時(shí)間內(nèi)滿(mǎn)足d_j＝0，于是等式(8)可以改寫(xiě)為：

當(dāng)fe_D被控制為fe_D≈0時(shí)，可以得到：

等式(10)的解析解可以被導(dǎo)出為：

其中C是常數(shù)，當(dāng)滿(mǎn)足fT_e＞0時(shí)，慣量估計(jì)誤差e_j將會(huì)漸進(jìn)趨于0，因而設(shè)計(jì)反饋增益為f＝mT_e(m＞0)以滿(mǎn)足fT_e＞0，值得注意的是，fe_D≈0是該結(jié)論成立的關(guān)鍵，通過(guò)選取合適的m值能夠保證fe_D足夠小，即能夠確保fe_D≈0；

因此所設(shè)計(jì)的具有時(shí)變反饋增益的擴(kuò)展滑模觀測(cè)器的最終表達(dá)式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的慣量辨識(shí)方法，其特征在于，所述步驟3包括：

將集總擾動(dòng)視為新的系統(tǒng)狀態(tài)，基于等式(1)得到如下擴(kuò)展機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程：

基于上式(13)，所設(shè)計(jì)的線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器能夠表示如下：

其中，p為擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的期望極點(diǎn)，滿(mǎn)足p＞0，考慮到j(luò)是未知的，因而其被擴(kuò)展滑模觀測(cè)器的輸出代替，即所設(shè)計(jì)的線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的最終表達(dá)式如下：