[发明专利]基于模型参考自适应的永磁同步电机自抗扰控制优化方法

说明书

本发明提供了一种基于模型参考自适应的永磁同步电机自抗扰控制优化方法，属于永磁同步电机有感控制领域。本发明通过预先建立永磁同步电机(PMSM)的数学模型，先使用惯量估计观测器观测系统惯量大小，再通过扩张状态观测器观测外部负载扰动，负载扰动补偿到系统输入。本发明通过改进的sigmod函数用于扩张状态观测器的非线性饱和函数，反馈部分使用改进的sigmod函数用于非线性PD控制，参数易于整定，惯量和负载能够在线实时观测，系统鲁棒性好。

技术领域

本发明属于永磁同步电机有感控制领域，特别涉及一种基于模型参考自适应的永磁同步电机自抗扰控制优化方法。

背景技术

在永磁同步电机控制领域，一般电机控制算法都是三环PID的结构，包括电流环、速度环、位置环，三环控制需要整定的参数多，参数自整定的方法已有很多，但想实现高精度高速控制，三环PID的参数仍然需要有控制经验的人来手动调节。而永磁同步电机是一个非线性系统，实际电机运行过程中还存在非线性摩擦阻力，外界负载干扰以及系统惯量变化等等因素，这就要求电机控制算法需要更好的适应能力以及参数调节尽可能简单，需要调节的参数数目尽可能少。

目前很多关于PMSM的控制算法都未考虑实际系统的传感器噪声，采样离散化以及输出离散化带来的问题，很多仿真过程都未考虑实际系统为一个离散控制的系统，而离散误差甚至导致有些算法不能直接使用。经典的自抗扰算法中使用

fal函数作为饱和函数进行观测器设计，fal函数非线性程度可以调节，有着小误差大增益大误差小增益的特点，但构造的fal函数的导数不连续，如果参数设置不当将会使得系统容易震荡，且fal函数可调参数较多，实际调整参数较为繁杂。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于模型参考自适应的永磁同步电机自抗扰控制优化方法，通过预先建立永磁同步电机(PMSM)的数学模型，先使用惯量估计观测器观测系统惯量大小，再通过扩张状态观测器观测外部负载扰动，负载扰动补偿到系统输入，并通过改进的sigmod函数用于扩张状态观测器的非线性饱和函数，反馈部分使用改进的sigmod函数用于非线性PD控制，参数易于整定，惯量和负载能够在线实时观测，系统鲁棒性好。

一种基于模型参考自适应的永磁同步电机自抗扰控制优化方法，包括以下步骤：

S1、建立永磁同步电机同步坐标轴下的数学模型；

S2、构建惯量观测器观测系统惯量大小；

S3、计算得到电流环PI增益；

S4、构建扩张状态观测器，观测外部负载扰动，并将负载扰动补偿至系统输入；

S5、构建离散微分跟踪器对目标信号进行过渡，采用非线性PD控制得到误差信号，并根据所述误差信号进行非线性PD反馈。

进一步地，其特征在于，所述步骤S1包括：

建立永磁同步电机同步坐标轴下的数学模型

其中，i_d为d轴电流，i_q为q轴电流，ω_m为电机转子机械角速度，R为定子绕组，定子电感L＝L_d＝L_q，p_n为电机极对数，ψ_f为永磁磁链，J为转动惯量，B为阻尼系数，u_d为d轴电压，u_q为q轴电压。

进一步地，其特征在于，所述步骤S2包括：

构建惯量观测器，令b(k-1)＝T/J,U(k-1)＝T_e(k-1)-T_e(k-2)，有