[发明专利]基于双层结构抑制永磁无刷直流电机转矩脉动的控制方法

说明书

本发明公开了一种基于双层结构抑制永磁无刷直流电机转矩脉动的控制方法。该方法为：建立永磁无刷直流电机数学模型：在三相静止坐标系，建立以二二导通星型连接的三相永磁无刷直流电机的数学模型；建立基于生物智能的双层控制器：首先建立一级控制器，即迭代学习控制器；然后建立二级控制器，即鲁棒滑模控制器。本发明能够迅速保持电磁转矩稳定，有效地克服外部扰动和参数摄动的影响，保证永磁无刷直流电机的控制动态性能和鲁棒性，提高了永磁无刷直流电机的控制精度。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别是一种基于双层结构抑制永磁无刷直流电机转矩脉动的控制方法。

背景技术

永磁无刷直流电机近年来随着永磁材料、电力电子以及现代控制技术的发展而迅速得到广泛应用，并在机器人、航空航天、新能源汽车以及国防等重要领域逐渐得到了广泛的应用。其具有直流电动机的运行效率高、调速性能好等诸多特点。但是由于其电机本体自身的结构以及其控制策略的原因，都会一定程度上导致转矩脉动问题的存在，并在低速运行时常常不能满足转矩性能要求，限制了其在高精度场合的应用。

永磁无刷直流电机对外所呈现的转矩脉动主要是齿槽转矩脉动和换相转矩脉动。近十年左右，转矩脉动抑制方法大致分为两类：一是通过对电机本体进行合理化设计，主要包含定转子结构、绕组形式，以此来尽可能的减小齿槽转矩，使得反电动势接近于理想的波形，但这种方法提高了加工难度和生产成本，故很多应用场合下还需要从其他方面考虑对转矩脉动的抑制；二是通过控制策略调整通过绕组的电压或者电流，来弥补电机本体和逆变器与理想特性的偏差，这种方法在不改变电机本体结构的前提下应用更加广泛，但是存在外部扰动和参数摄动的影响，无法保证永磁无刷直流电机的控制动态性能和鲁棒性，降低了永磁无刷直流电机的控制精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制精度高、鲁棒性好、具有良好动态性能的基于双层结构抑制永磁无刷直流电机转矩脉动的控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于双层结构抑制永磁无刷直流电机转矩脉动的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：建立永磁无刷直流电机数学模型：在三相静止坐标系，建立以二二导通星型连接的三相永磁无刷直流电机的数学模型；

步骤2：建立基于生物智能的双层控制器：首先建立一级控制器，即迭代学习控制器；然后建立二级控制器，即鲁棒滑模控制器。

进一步地，步骤1所述的建立永磁无刷直流电机数学模型，具体如下：

永磁无刷直流电机的反电动势为梯形波，在三相静止坐标系，建立以二二导通星型连接的三相永磁无刷直流电机的数学模型；

首先做出如下设定：

(1)三相绕组对称，气隙均匀；

(2)不计涡流和磁滞损耗，磁路不饱和；

(3)三相反电动势为理想梯形波，且幅值相等；

(4)电感不随空间位置改变而改变；

基于上述设定，永磁无刷直流电机定子三相绕组的电压平衡方程为：