[發明專利]一種永磁同步電動機一階線性自抗擾控制器參數調節方法

在審

• 申請號: 202111156510.4
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113890451A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 任俊杰;田慕琴
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/13;H02P21/00;H02P21/05;H02P21/14;H02P21/34;H02P25/022;H02P27/08
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 江淑蘭

1.一種永磁同步電動機一階線性自抗擾控制器參數調節方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：構建永磁同步電機在按轉子磁鏈定向的同步旋轉正交坐標系下的動態數學模型，所述動態數學模型包括轉速環動態數學模型、q軸電流環動態數學模型、d軸電流環動態數學模型；

步驟二：根據步驟一中構建的動態數學模型，結合自抗擾控制原理，確定出轉速環為一階線性自抗擾控制器，電流環為比例積分控制器的永磁同步電機矢量控制系統；

步驟三：根據一階線性自抗擾控制器由跟蹤微分器、擴張狀態觀測器和非線性狀態誤差反饋控制律三部分組成的原理，分別設計步驟二中所述永磁同步電機矢量控制系統的轉速環一階線性自抗擾控制器、電流環比例積分控制器；

步驟四：在Simulink中對所設計的永磁同步電機矢量控制系統模型進行搭建，通過觀察轉速環一階線性自抗擾控制器中各個參數變化時電機轉速曲線的變化，總結出參數整定時的規律；

步驟五、通過dsPACE實驗平臺來驗證所總結規律的有效性。

2.根據權利要求1所述的一種永磁同步電動機一階線性自抗擾控制器參數調節方法，其特征在于：步驟一中永磁同步電機在d-q旋轉坐標系下的數學模型得出方法如下：

永磁同步電機的數學模型如下式(1)：

式中：

R_s為定子電阻，u_d為直軸電壓，u_q為交軸電壓，i_d為直軸電流，i_q為交軸電流，ψ_d、ψ_q為直軸磁鏈及交軸磁鏈，L_d、L_q分別為直軸電感和交軸電感，ω為電機轉子電角速度；

穩態時：

式(3)(4)分別為dq坐標系下PMSM磁鏈及轉矩方程：

式中：ψ_f代表磁鏈，n_p代表電機極對數。

3.根據權利要求1所述的一種永磁同步電動機一階線性自抗擾控制器參數調節方法，其特征在于：步驟二中，用于永磁同步電機矢量控制系統的一階線性自抗擾控制器設計如下：

一階線性自抗擾控制器，電流給定是連續的，不存在時滯現象，不需要設計TD，其中b0，wc，Kps，三個參數需要調整，Kps為比例環節增益，b0，wc分別為觀測器增益及觀測器帶寬；將電機建模中負載的增加或減少、摩擦力矩、比例積分控制器的永磁同步電機矢量控制系統本身、電機傳感器與執行機構等構成系統的總擾動f，為其估計值，由線性觀測器進行估計，并給予補償，抑制擾動對永磁同步電機調速控制產生的影響；

一階線性系統為:

式中A、B、C代表不同的增益矩陣，x、y為狀態變量

據此，可初步建立觀測器如下：

式中，為狀態變量的觀測值，為糾錯函數，用以補償誤差；

定義狀態變量

對求導得：

式中，b為控制器增益，u代表控制器輸出信號；

添加狀態變量e以表示未知外部擾動，則有：

則可得觀測器方程如下：

為擴張狀態觀測器得到的擴張狀態變量

當觀測器能夠及時捕捉未知擾動的信息時，有：

u₀為比例環節代替非線性控制律環節后的輸出；

令：z→x,z₁→y,z₂→f，則所設計的一階線性觀測器為：

式中：代表一階線性觀測器的增益矩陣，β₁、β₂為待解量，為觀測值，對應的矩陣形式方程為：