[发明专利]一种基于内模观测器的异步电机控制方法

说明书

技术领域

本发明属于交流电机传动技术领域，涉及一种基于内模观测器的异步电机控制方法。

背景技术

在现代电机控制技术领域，随着矢量控制理论不断实用化，通过对复杂的异步电机数学模型进行解耦控制，异步电机矢量控制技术获得了广泛应用。

异步电机矢量控制方法包括转速外环和电流内环两个部分，控制器一般选用传统PI控制器。传统的PI控制器以其结构简单，较易实现而广泛应用到了电机控制系统之中。但传统的PI控制器易受系统参数的影响，存在模型失配、参数摄动、抗扰性差等问题，因此对一些高性能控制系统难以达到期望的性能要求。

针对一般的异步电机矢量控制系统对电机参数变化的鲁棒性差，提出一种基于内模观测器的二自由度内模控制方法。二自由度内模控制是对传统内模控制的改进，传统内模控制只有一个可调滤波器参数，只能在系统的跟踪性能和抗扰性能之间折衷处理，二自由度内模就是在传统内模控制器基础上增加一个前置滤波器，实现系统抗扰性能与跟踪性能分开调节。但是传统二自由度内模控制器无法有效消除由于模型失配、参数摄动等带来的不确定性扰动，所以本发明在二自由度内模控制器的基础上，设计了内模观测器来估计扰动，从而实现电流环的精确控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于内模观测器的异步电机控制方法，解决了传统内模控制存在的模型失配、参数摄动、抗扰性差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于内模观测器的异步电机控制方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，设计内模控制器：

通过给被控对象并联一个与被控对象尽量一致的估计模型，重构控制对象估计模型，得到异步电机电流环的模型，根据内模控制原理，结合异步电机电流环的模型，设计出内模控制器；

步骤2，在步骤1得到的内模控制器基础上设计二自由度内模控制器；

步骤3，在异步电机状态方程的基础上设计内模观测器；

步骤4，根据步骤2得到的内模观测器估计出电流内环扰动f_d和f_q，根据步骤2得到的二自由度内模控制器输出转矩电压U_d和励磁电压U_q，进而得到参考转矩电压和参考励磁电压即实现对异步电机的控制。

本发明特点还在于，

步骤1，具体为：

通过给被控对象并联一个与被控对象尽量一致的估计模型。给出重构的控制对象估计模型，即异步电机电流环的模型为：

式中：R_s、R_r分别为定子电阻和转子电阻，ω_s为磁场同步旋转角速度，为漏磁系数，L_s、L_r、L_m分别为感应电机的定子电感、转子电感和定转子之间的互感，s为微分算子。

异步电机电流输出表达式为：

式中：C(s)为内模控制器，G(s)为被控制对象，G_n(s)为被控对象的估计模型，E(s)为反馈误差信号，R(s)为控制系统的输入，Y(s)为控制系统的输出，d(s)为干扰输入；通过闭环反馈后，系统能有效抑制扰动量的影响，提高抗干扰能力；

根据内模控制原理，当模型匹配时，即G(s)＝G_n(s)，如果取内模控制器为控制对象模型的逆，即内模控制器设计为：

步骤2具体为：给步骤1设计得到的内模控制器增加一个前置滤波器，使得抗扰性能与跟踪性能分开调节，得到二自由度内模控制器。

步骤3具体为：

异步电机在矢量变换后的d-q相正交坐标系下的数学模型为：

式中：u_sd、u_sq分别为定子电压在d、q轴上的分量，i_sd、i_sq分别为定子电流在d、q轴上的分量，ψ_sd、ψ_sq分别为定子磁链在d、q轴上的分量，ω₁为磁场同步旋转角速度；

其中，电机运行时忽略转子电流，磁链方程为：

令L＝σL_s，通过以上两式，并结合实际系统发生可加性的参数摄动和干扰，电流环模型可重新表示为：

式中：U_d、U_q为d-q相定子电压，ΔL、ΔR为系统参数波动量；