[发明专利]一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法

说明书

一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法，它属于电机控制技术领域。本发明同时解决了传统永磁同步电机驱动系统中外部扰动和内部扰动造成转速波动的问题。本发明对线性自抗扰控制器进行改进，利用含有准谐振调节器的比例谐振控制器取代原线性自抗扰控制器中的比例控制器，不仅保留了传统线性自抗扰控制器能够有效的观测突变扰动和低频扰动并进行前馈补偿的优点，同时抑制了内部扰动造成的转速波动，实现对系统的高性能控制。相对于传统的比例积分控制器，本发明方法可以使得转速跌落减小55％以及转速波动减小到0.5转内。本发明可以应用于电机控制技术领域。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法。

背景技术

永磁同步电机凭借结构简单，运行可靠，体积小，效率高等显著优点在交流电机调速系统领域中获得广泛应用和不断发展。永磁同步电机无论在驱动能力、控制策略的优简或是精度方面都得到显著提高，也因此逐渐代替了异步调速系统而被应用于包括纺织机器、电梯曳引、汽车机床等各类工业应用场合。近年来，尤其是高性能的工业控制场合，如电动汽车、数控机床主轴驱动以及电力机车等领域对电机驱动变频调速系统提出了高精度、高效率、高质量的要求。在圆织机系统中，圆织机通常运行在低转速大扭矩情况下，其转速的稳定性直接决定了产品的质量；在电动汽车领域，面对复杂的道路交通状况，电动汽车的驱动需要具有运行于多种工况下的能力，特别是爬坡运行在低速区域要能够保证实现汽车平稳的运行，以满足人们对于舒适安全性的需求；在数控机床用主轴驱动系统中，作为核心部件，主轴驱动控制性能的优劣直接决定了数控机床的整体水平。

高性能控制场合对电机调速提出的要求有：转速强抗性(特别是低速大扭矩状态下)，低速稳定运行能力。但是基于传统控制算法的永磁同步电机在低速大转矩驱动时存在以下问题：

电机驱动系统存在外部扰动(负载转矩突变)，当突加负载时，会造成严重的转速跌落，当突减负载时，会造成转速升高。电机驱动系统同时存在内部扰动(齿槽转矩，电机参数变化和未建模动态)，内部扰动通常会产生转矩谐波，影响转速稳定性能。特别是在低速情况下，会造成转速周期性波动。以上说明速度环控制应该是时变和非线性的，因此传统线性比例积分控制策略无法满足高性能速度控制要求。

发明内容

本发明的目的是为同时解决传统永磁同步电机驱动系统中外部扰动和内部扰动造成转速波动的问题，而提出了一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、将电机运动方程改写为状态空间方程，将电机驱动系统中的总扰动扩展为新的状态变量，根据新的状态变量构建新的状态空间方程；

步骤二、利用步骤一中新的状态空间方程构建扩张状态观测器，利用扩张状态观测器观测出的总扰动进行前馈补偿；

步骤三、设计比例谐振自抗扰控制器实现无稳态静差跟踪参考信号，抑制由于电机驱动系统内部扰动造成的转速周期性波动。

本发明的有益效果是：本发明的一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法，本发明对线性自抗扰控制器进行改进，利用含有准谐振调节器的比例谐振控制器取代原线性自抗扰控制器中的比例控制器，不仅保留了传统线性自抗扰控制器能够有效的观测突变扰动和低频扰动并进行前馈补偿的优点，同时抑制了内部扰动(电机参数变化和未建模动态)造成的转速波动，实现对系统的高性能控制。

相对于传统的比例积分控制器，本发明方法可以使得转速跌落减小55％以及转速波动减小到0.5转内。

附图说明

图1是本发明的一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法的流程图；

图2为线性自抗扰控制器系统的框图；