[发明专利]永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法

权利要求书

1.一种永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立永磁同步电机在dq轴上的数学模型；选定永磁同步电机转速控制系统的输入变量u、输出变量x和状态变量y；

步骤2：确定永磁同步电机转速控制系统能够解耦线性化，并得到dq轴上的定子电压u_d、u_q；

步骤3：设定永磁同步电机转速控制系统的扰动为w₁(t)和w₂(t)；

步骤4：根据dq轴上的定子电压u_d、u_q及永磁同步电机转速控制系统的扰动w₁(t)、w₂(t)，构建永磁同步电机在d轴电流系统的二阶扩张状态观测器；

步骤5：构建永磁同步电机在转速子系统的三阶扩张状态观测器；

步骤6：构造永磁同步电机的参数可调模型，并得到使系统稳定的自适应率。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法，其特征在于，所述步骤1中的永磁同步电机在dq轴上的数学模型为：

式(1.1)中：i_d、i_q为永磁同步电机dq轴上的定子电流，u_d、u_q为dq轴上的定子电压，L和r_s为定子电感和电阻，ψ_f为转子给定磁链，ω_r为转子角速度，T_L为负载转矩，J为电机转动惯量；

所述输入变量u、输出变量x和状态变量y为：

3.根据权利要求1所述的永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

步骤2.1：结合公式(1.1)和公式(1.2)得到状态变量y的微分方程：

由公式(2.2)中看出，式中不含输入变量u，对公式(2.2)进行求导，得到：

步骤2.2：结合公式(2.1)和公式(2.3)，建立偏微分方程，得到矩阵A：

根据公式(2.4)可得，关于矩阵A的值为：

由公式(2.5)可知，矩阵A为非奇异矩阵，且矩阵A的秩为2；

永磁同步电机转速控制系统的相对阶矩阵α为：

α＝[α₁ α₂]^T＝[1 2]^T (2.6)

根据式(2.6)可得，该永磁同步电机转速控制系统存在逆系统，又有α₁+α₂＝3，3为正整数，则判定永磁同步电机转速控制系统能被解耦线性化；

步骤2.3：将公式(2.1)和公式(2.2)相结合得到dq轴上的定子电压u_d、u_q；

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法，其特征在于，所述永磁同步电机转速控制系统的扰动为w₁(t)和w₂(t)；所述w₁(t)和w₂(t)为：

5.根据权利要求1所述的永磁同步电机转速控制系统的扩张状态观测器的设计方法，其特征在于，所述二阶扩张状态观测器为：

其中，ε₁为d轴电流偏差，h₁为电机d轴电流估计值，h₂为系统扰动w₁(t)跟踪信号。