[发明专利]一种基于内模控制的永磁同步电机调速系统及其设计方法

说明书

本发明公开了一种基于内模控制的永磁同步电机调速系统及其设计方法，该方法包括设计标准速度内模控制器；设计双端口速度内模控制器；设计模糊自适应速度内模控制器；根据所设计的模糊自适应速度内模控制器确定最终q轴电流参考值，实现电机的双闭环矢量控制。本发明解决了电机模型失配以及外界扰动对电机运行造成的影响，达到的电机控制效果是加强了控制系统速度跟踪性能以及抗干扰性能，能够很好地实现速度跟踪以及负载扰动。能够克服由于模型失配以及外界扰动对电机运行造成的影响，从而提高系统的鲁棒性与稳定性。

技术领域

本发明涉及交流电机控制系统设计方法，特别是涉及了一种基于内模控制的永磁同步电机调速系统及其设计方法。

背景技术

永磁同步电机由于其结构简单，精度较高且体积较小而具有较高的应用价值。矢量控制作为一种较为成熟的控制方法，能较好的实现电流解耦，因此在电机控制各个领域得到了广泛应用。

一般的矢量控制方法包括速度环与电流环，采用三个PI控制器实现，但是在实际应用过程中，由于存在建模精确以及外界干扰等情况，PI控制器并不能很好地实现速度的快速跟踪，因此在一些精度要求较高的场合，对控制系统提出了更高的要求。

在实际工业控制中，需要考虑电机转速的大范围内快速跟踪以及抗干扰性能。永磁同步电机控制系统是典型的非线性多变量强耦合系统，应用内模控制(IMC)策略能够很好的实现电机电流解耦以及速度快速跟踪。但普通的内模控制滤波器的参数设计需要考虑到控制器的可靠性与跟随性，仅有一个可调的滤波参数很难同时兼顾这两种性能，因此需要在普通内模控制的基础上作出一定的改进；除此以外，还需要考虑到电机负载扰动大、惯量变化大以及饱和控制输入等情况，亟需研究应对此类种种条件下永磁同步电机调速方法。

发明内容

发明目的：为解决现有技术的不足，提供一种基于内模控制的永磁同步电机调速系统及其设计方法。

技术方案：本发明的一种基于内模控制的永磁同步电机调速系统设计方法，该方法包括以下步骤：

(1)设计标准速度内模控制器

通过分析永磁同步电机控制系统下永磁同步电机数学模型，得到永磁同步电机速度环模型，根据内模控制原理，结合永磁同步电机电流环的模型，设计出标准速度内模控制器；

(2)基于步骤(1)所设计的标准速度内模控制器，设计双端口速度内模控制器；

(3)基于步骤(2)所设计的双端口速度内模控制器，设计模糊自适应速度内模控制器；

(4)根据步骤(3)所设计的模糊自适应速度内模控制器确定最终q轴电流参考值，实现电机的双闭环矢量控制。

进一步的，所述步骤(1)具体为：

永磁同步电机数学模型为：

其中，i_d、i_q分别为电机d轴、q轴电流，u_d、u_q分别为电机d轴、q轴电压，n_p为电机极对数，R为定子电阻，L为定子电感，K_t为转矩系数，ω为电机角速度，B为粘滞摩擦系数，J为电机转动惯量，T_L为负载转矩；

由永磁同步电机数学模型可得永磁同步电机速度环模型，即重构的被控对象估计模型为：