[发明专利]一种永磁同步电机的扰动抑制方法有效

专利信息
申请号: 201910155432.2 申请日: 2019-03-01
公开(公告)号: CN109713971B 公开(公告)日: 2020-05-12
发明(设计)人: 张承宁;张春涛;张硕;周莹 申请(专利权)人: 北京理工大学
主分类号: H02P21/13 分类号: H02P21/13;H02P21/14
代理公司: 北京市诚辉律师事务所 11430 代理人: 范盈
地址: 100081 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 永磁 同步电机 扰动 抑制 方法
【权利要求书】:

1.一种永磁同步电机的扰动抑制方法,其特征在于,具体包括以下步骤:

步骤一、在线数据获取,实时采集永磁同步电机的三相电流、转速、转子位置角;

步骤二、建立无差拍电流预测控制模型,利用所述步骤一中采集的数据实时计算出下一时刻的参考电压;

步骤三、建立基于扩展卡尔曼滤波(EKF)算法的扰动观测器方程,将由所述步骤二得到的参考电压作为控制量,以由电感引起的电压扰动量作为状态向量,以三相电流、转速、转子位置角为观测量;并利用所述方程实时更新计算电压扰动量,并前馈补偿到所述参考电压上,得到更新的参考电压;

所述步骤二具体包括:建立永磁同步电机在α-β坐标系下的数学模型:

式中uα、uβ为α-β坐标系下定子电压;iα、iβ为α-β坐标系下定子电流;ψr为转子磁链;Rs为定子电阻;Ls为定子电感;ωe、ωm分别为转子的电角速度和转子的机械角速度;θ为转子位置角;p为微分算子;Te为电磁转矩;TL为负载转矩;B为粘滞系数;pm为电机的极对数;ψα、ψβ为α-β坐标系下的定子磁链;t为时间变量;J为负载转动惯量;

上述模型加入扰动项后电压为:

式中,fα、fβ表示α-β坐标系下电压扰动量;

其中扰动项为:

式中,△L表示电感失配量,△L=Ls-Ls0,Ls0表示电感标定值。

2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤三中利用所述方程实时更新计算电压扰动量具体包括:

①:将所述方程的状态向量、状态向量的协方差、系统噪声协方差矩阵和量测噪声协方差矩阵进行初始化;

②:预测,将初始化的状态向量作为tk-1时刻的修正值的情况下,预测出估计值以及先验估计的协方差矩阵Pk|k-1,在此基础上求出卡尔曼增益Kk

③:更新,根据观测误差以及最小方差原则对先验估计值进行修正,从而得到状态向量的修正值同时求出修正值的协方差矩阵Pk

④:完成步骤③后,输出所述状态向量的修正值,同时把k作为新的采样时间点,将所述状态向量修正值和所述状态向量修正值的协方差值代入步骤②进行计算。

3.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述状态向量的初始化,包括三相电流、转速、转子位置角、电压扰动的初始化,扰动观测器实时观测电压扰动,即扰动观测器从电机启动时刻即开始工作,因此将状态向量初始值均设置为0。

4.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述状态向量x为6维向量

x=[iα iβ ωe θ fα fβ]T,观测向量为4维向量y=[iα iβ ωe θ]T,式中,iα、iβ为α-β坐标系下定子电流,ωe为转子的电角速度,θ为转子位置角,fα、fβ为电机α-β坐标系下电压扰动量。

5.如权利要求2所述的方法,其特征在于:所述步骤③具体包括:

利用k时刻的状态向量估计值协方差矩阵、测量转移矩阵和量测噪声协方差矩阵求出k时刻的卡尔曼增益矩阵:

式中,Hk为测量转移矩阵;R为量测噪声协方差矩阵;

同时,利用k时刻卡尔曼增益矩阵和状态向量估计值的协方差矩阵得到k时刻状态向量修正值的协方差值:

Pk=Pk|k-1-KkHkPk|k-1

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