[發明專利]一種使用濾波器觀測擾動的自抗擾控制方法

有效

• 申請號: 202210045315.2
• 申請日: 2022-01-15
• 公開（公告）號: CN114448302B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 許家群;王師凱
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H02P6/28
• 分類號: H02P6/28;H02P6/00;H02P21/00;H02P21/13;H02P21/18;H02P21/14;H02P21/22;H02P25/022;H02P27/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種使用濾波器觀測擾動的自抗擾控制方法屬于電機控制領域。所述方法實現包括：d軸電流控制器LPF?ADRCd、q軸電流控制器LPF?ADRCq、Park逆變換單元、SVPWM單元、電壓源逆變橋、三相永磁同步電機、Clark變換單元、Park變換單元、轉速環控制器。通過使用低通濾波器代替傳統擴張狀態觀測器ESO擾動回路中的積分環節，構建新型基于濾波器的擴張狀態觀測器LPF?ESO，并應用新型LPF?ESO構成基于低通濾波器的自抗擾LPF?ADRC電流環，低通濾波器LPF可以同時觀測LPF?ESO擾動回路中的直流量與低頻交流量，使得LPF?ADRC可以跟蹤直流與低頻諧波電流擾動，因此LPF?ADRC具有更強的電流諧波擾動估計和抑制能力及強魯棒性。

技術領域

本發明涉及一種抑制低頻電流諧波且具有強魯棒性的自抗擾電機控制方法，屬于電機控制領域。

背景技術

隨著工業和科技水平的高速發展，永磁同步電機(Permanent?MagnetSynchronous?Motor,PMSM)已經廣泛應用于電動汽車、軌道牽引、航空航天、風力發電和電力推進等領域，而電機運行時的電流諧波及振動噪聲已成為當下重點關注和有待解決的問題。逆變器死區效應、電機磁鏈諧波、齒槽轉矩以及電流檢測誤差等因素，都會使得相電流中存在幅值較大的(6k±1)次電流諧波，其中k為正整數。這些諧波不但增加電機損耗，且惡化轉矩脈動，從而導致振動和噪聲。可通過優化電機控制方法抑制電機運行過程中的電流諧波。

針對永磁同步電機電流諧波抑制等問題，國內外進行了許多探討，但很難兼顧諧波抑制能力與魯棒性兩個方面的問題。“基于NNBPF-EKF的內置式永磁同步電機死區補償方法”(見《中國電機工程學報》，第40卷15期，2020)提出基于神經網絡帶通濾波器和擴展卡爾曼濾波器相結合的電壓補償方法，使用神經網絡帶通濾波器提取d軸q軸電流諧波，經卡爾曼濾波器改進的死區補償算法計算出dq軸補償電壓以補償電流諧波，但是，這種基于死區補償方法并不能補償磁鏈諧波、齒槽轉矩等因素導致的電流諧波。“Combined?resonantcontroller?and?two-degree-of-freedom?PID?controller?for?PMSLM?currentharmonics?suppression”(見《IEEE?Transactions?on?Industrial?Electronics》，2018)提出的比例積分諧振控制器使用諧振控制器并聯在PI控制器上，由于諧振控制器可以跟蹤固定頻率諧波電流，故比例積分諧振控制器可以控制直流以及固定頻率處交流，但由于PI參數是固定值，而電機參數在電機運行中又會有較大變化，因此，諧振控制的電流諧波抑制效果會受到電機參數擾動因素的影響，使得抑制效果變差。“From?PID?to?activedisturbance?rejection?control”(見《IEEE?Transactions?on?IndustrialElectronics》，2009)提出的自抗擾控制器(ADRC)基于擴張狀態觀測器(ESO)觀測系統擾動，能夠有效估計并補償系統擾動且不依賴電機模型，可以抑制電機參數變化等不確定擾動對系統性能的影響，但擴張狀態觀測器只能擾動回路只能觀測直流擾動，因此并不能有效抑制電流諧波。

發明內容

本發明的目的是針對永磁同步電機傳統自抗擾控制(ADRC)下存在低頻電流諧波的問題，提出一種基于低通濾波器(LPF)改進ADRC的控制方法，所述方法對電機低頻電流諧波的抑制效果明顯，且魯棒性好，參數整定簡單，無需硬件輔助電路，具有普適性。使用低通濾波器代替傳統擴張狀態觀測器(ESO)擾動回路中的積分環節，構建新型基于濾波器的擴張狀態觀測器LPF-ESO，并應用LPF-ESO構成新型基于濾波器的自抗擾控制LPF-ADRC電流環控制器。低通濾波器用來同時估計擾動回路中的直流擾動和低頻交流擾動，使得新型自抗擾控制器具有很強的低頻諧波擾動估計能力，同時兼具電流諧波抑制能力和強魯棒性。