[發明專利]基于抗擾卡爾曼數據融合的無位置傳感器搖臂伺服控制方法

有效

• 申請號: 202210055757.5
• 申請日: 2022-01-18
• 公開（公告）號: CN114400943B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 錢林方;孫樂;佟明昊;鄒權
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P21/14;H02P21/22;H02P21/13;H02P25/022
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 岑丹

1.一種基于抗擾卡爾曼數據融合的無位置傳感器搖臂伺服控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，基于電流環的無位置傳感器控制算法辨識搖臂位置；

步驟2，基于搖臂運動方程采用卡爾曼狀態觀測器，觀測搖臂位置和轉速，卡爾曼狀態觀測器包括預測方程和更新方程兩部分，其形式為：

預測方程：

更新方程：

其中，y_k為測量值向量，為模型預測值向量，K_k是卡爾曼增益矩陣，u_k-1是電機驅動控制量，δ_k-1是模型不確定補償量，A_k是運動方程的狀態矩陣，由運動方程對預測值向量估計求偏導獲得，P_k是協方差矩陣，C是觀測矩陣，Q和R分別是過程噪聲協方差矩陣與測量噪聲協方差矩陣，I為單位矩陣，卡爾曼數據融合通過式將測量值y_k和模型預測值相互融合，獲得預測值向量估計

步驟3，運動控制系統采用位置、速度、電流三環控制，其中，位置環的位置反饋采用電流環位置估計，速度環的速度反饋采用速度環的速度估計；

將速度環卡爾曼濾波器的預測值向量估計中的位置估計與電流環獲得位置估計比較，獲得的比較誤差用于修正步驟2中模型不確定補償量δ_k-1。

2.根據權利要求1所述的基于抗擾卡爾曼數據融合的無位置傳感器搖臂伺服控制方法，其特征在于，基于電流環的無位置傳感器控制算法辨識搖臂位置的具體方法為：

將α-β軸系下電流、α-β軸系下電壓，以及上一時刻估計轉速輸入電流環位置估計模塊，電流環位置估計模塊根據損失函數通過牛頓迭代法，計算出當前轉子位置，轉子位置通過鎖相環，對噪聲造成的估計波動進行濾波，獲得電流環的電機轉子位置、轉速估計值，根據電流環位置、速度估計值計算搖臂的角度位置。

3.根據權利要求2所述的基于抗擾卡爾曼數據融合的無位置傳感器搖臂伺服控制方法，其特征在于，轉子位置的獲取方法為：

構建永磁同步電機靜止坐標系下α-β軸電壓方程：

其中，v_α是α軸電壓，v_β是β軸電壓，R是繞組相電阻，p是微分算子，i_α和i_β是α-β軸電流，ω_re是轉子速度，L_α(θ_re)、L_β(θ_re)、L_αβ(θ_re)是電感值在α-β坐標系下的中間變量，θ_re是轉子位置，L_α＝L_∑+L_Δcos2θ_re，L_β＝L_∑-L_Δcos2θ_re，L_αβ＝L_Δsin2θ_re，其中L_d為d軸電感，L_q為q軸電感；

令基于電壓方程建立損失函數：

其中，T_s是采樣時間，i_α(k)和i_β(k)分別是第k次α軸和β軸電流，i_α(k-1)和i_β(k-1)分別是第k-1次α軸和β軸電流，ω_re(k-1)是第k-1次轉子電氣角速度，L_a(θ_re(k))、L_β(θ_re(k))是L_α(θ_re)、L_β(θ_re)的離散形式，T_pk(Δθ_re)是在α-β軸系下的旋轉運算，Δθ_re為在一個采用周期內轉子旋轉過的角度；

對損失函數加入懲罰項，構造：

其中，是電機轉子的位置估計，K為懲罰項系數；

根據凸優化理論，使用牛頓迭代法求損失函數的最小值點對應的估計量作為轉子位置估計量，迭代方法為：