[发明专利]一种交流伺服系统及位置环的扰动抑制方法

权利要求书

1.一种交流伺服系统，其特征在于，采用双闭环控制结构，包括位置环和电流环；

所述位置环中包括滑模位置控制器和扩张状态观测器；

所述滑模位置控制器为自适应非奇异终端滑模控制器，用于根据外部跟踪指令信号解算q轴电流信号；

所述扩张状态观测器，用于观测位置环上的负载扰动上界D，反馈到滑模位置控制器，对滑模位置控制器的解算进行补偿；

所述电流环，根据解算的所述q轴电流信号控制永磁同步电机转动；

其中，在所述自适应非奇异终端滑模控制器中构造的非奇异终端滑模面数S为：

式中，e(t)＝θ-y_r是伺服系统的位置跟踪误差，y_r为外部跟踪指令信号指定的转动角度，θ为永磁同步电机转动机械角度，β＞0为常数，p和q是设定的滑模面的奇数，且q＜p＜2q；

所述自适应非奇异终端滑模控制器中构造的Lyapunov函数V为：

式中，λ和μ为正比例系数，为伺服系统转动惯量J的估计值，为伺服系统结构参数的自适应估计值，J为折算到永磁同步电机轴端的伺服系统转动惯量，B为摩擦系数；

所述伺服系统结构参数的自适应估计值满足关系式：

式中，w为永磁同步电机的机械角速度，通过对伺服系统结构参数的自适应估计值满足的关系式积分可得到伺服系统结构参数的自适应估计值

所述伺服系统转动惯量J的估计值满足关系式：

式中，u^*为d轴指定电压，通过对伺服系统转动惯量J的估计值满足的关系式积分可得到伺服系统转动惯量J的估计值

所述d轴指定电压u^*为：

式中，D为负载扰动上界，sgn(S)为滑模面开关函数，K为正比例系数。

2.根据权利要求1所述的交流伺服系统，其特征在于，所述q轴电流信号式中，T_e为永磁同步电机的电磁力矩；n_p为永磁同步电机的电极对数；ψ_f为永磁同步电机转子磁链。

3.根据权利要求2所述的交流伺服系统，其特征在于，所述扩张状态观测器，采用多阶线性扩张状态观测方程观测位置环上的负载扰动上界D；式中，z₁和z₂是所述扩张状态观测器观测的永磁同步电机转动机械角度和机械角速度的观测值，z₃是负载扰动上界D的观测值，β₁、β₂和β₃为观测系数。

4.一种如权利要求3所述的交流伺服系统的位置环扰动抑制方法，其特征在于，包括，

步骤S1、计算伺服系统的位置跟踪误差；

步骤S2、在位置环中，根据构造的滑模位置控制器的滑模面数S和Lyapunov函数V，以所述位置跟踪误差为输入进行渐进稳定控制，迭代解算q轴电流信号；使用扩张状态观测器对负载扰动上界进行观测，带入所述滑模位置控制器进行解算补偿；

所述步骤S2包括以下子步骤：

步骤S2-1、在位置环中，根据所述位置跟踪误差，以及滑模面的p、q值，计算滑模面数S和伺服系统结构参数的自适应估计值

步骤S2-2、根据滑模面数S和负载扰动上界D的值计算d轴指定电压u^*；

步骤S2-3、计算伺服系统转动惯量J的估计值将d轴指定电压u^*代入扩张状态观测器计算下一次迭代计算的负载扰动上界D的值；

步骤S2-4、根据伺服系统转动惯量J的估计值和d轴指定电压u^*计算q轴电流信号iq^*；

步骤S3、在电流环中，根据所述q轴电流信号控制永磁同步电机转动。