[发明专利]一种永磁同步电机的扰动抑制方法

说明书

本发明为解决现有扰动观测器设计存在的不足，并尤其针对电机运行过程中因电感变化产生电压扰动，导致预测控制输出电压偏离准确值，影响电机平稳运行的问题，结合扩展卡尔曼滤波理论，提供了一种永磁同步电机的扰动抑制方法，采用基于扩展卡尔曼滤波的扰动观测器，可以准确的观测由于参数失配引起的系统扰动。与传统方法相比，具有设计简单、动静态跟随性好等诸多有益效果。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制中的扰动抑制领域，特别是涉及永磁同步电机在电感失配情况下的电压扰动观测与补偿。

背景技术

在应用于永磁同步电机控制的数字控制系统中，无差拍电流预测控制是一种被广泛采用的方法，其具有计算量小、动态和静态跟踪性能好的特点，相比于传统的PI控制，无差拍电流预测控制具有更好的控制效果。但由于无差拍电流预测控制依赖于准确的电机模型，所以当电机参数失配时会导致计算出的参考电压偏离准确值，进而使电机的电流和转矩产生明显波动。通过将预测控制和扰动观测器相结合，实时观测由于电机参数失配引起的扰动，可以提高控制性能并补偿系统扰动的影响。

目前常见的扰动观测器有降维观测器和滑膜观测器，通过合理的调节系统参数，扰动观测器可以起到补偿系统扰动的作用，但这些观测器仍存在一些缺陷。比如，Kyeong-Hwa Kim等人在《A Current Control for a Permanent Magnet Synchronous Motor witha Simple Disturbance Estimation Scheme》一文中设计了一种降维观测器，其本质上是一种多输入多输出PI控制器，可以补偿因参数失配产生的预测控制输出参考电压扰动，但仅限于较小的参数失配范围(50％增减范围内)，当参数失配量较大时，观测器会产生超调而影响观测精度。Zhang Xiaoguang等人在《Deadbeat Predictive Current Control ofPermanent-Magnet Synchronous Motors with Stator Current and DisturbanceObserver》一文中设计了一种基于指数趋近率的滑膜观测器，可以实时观测参数失配引起的电压扰动，但其在d-q坐标系下进行观测器的设计，交直轴电压电流分量存在耦合，影响观测的精度；同时，由于采用滑膜控制算法计算较为复杂，计算量远大于线性运算，对电机控制硬件设备要求较高。

发明内容

为解决现有扰动观测器设计存在的不足，并尤其针对电机运行过程中因电感变化产生电压扰动，导致预测控制输出电压偏离准确值，影响电机平稳运行的问题，本发明结合扩展卡尔曼滤波理论，提供了一种永磁同步电机的扰动抑制方法，采用基于扩展卡尔曼滤波的扰动观测器，可以准确的观测由于参数失配引起的系统扰动。方法具体包括以下步骤：

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、转子位置角作为观测量；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。

进一步地，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：