[发明专利]一种基于模型辅助的线性自抗扰永磁同步电机控制方法

说明书

本发明公开了一种基于模型辅助的线性自抗扰永磁同步电机控制方法，步骤1)首先搭建永磁同步电机电流环和速度环的模型；步骤2)改写电流状态方程，步骤3)设计电流环一阶线性自抗扰控制器；步骤4)需要对于构建的控制器离散化；步骤5)设计速度环一阶模型辅助线性自抗扰控制器的跟踪微分器；步骤6)改写运动状态方程：步骤7)设计速度环的一阶模型补偿线性扩张状态观测器；步骤8)选择上选择遗忘因子递推最小二乘法参数辨识；步骤9)对电机的转动惯量和摩擦系数进行辨识，对电机转动惯量和摩擦系数进行辨识时；提高实际工况下的控制精度与抗扰能力。

技术领域

本发明设计永磁同步电机伺服控制领域，尤其涉及一种基于模型辅助的线性自抗扰永磁同步电机控制方法。

背景技术

永磁同步电机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高、以及电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点。进入21世纪以来，材料技术蓬勃发展，永磁材料的性能不断改进提高，以及永磁电机控制技术不断发展，永磁同步电机已经在民用、航空和军事等领域得到了广泛的应用。然而，永磁同步电机是一个多变量、强耦合、非线性和变参数的复杂对象，为了使得永磁同步电机的控制精度得以提高，必须对其采用一些特定的控制算法。

永磁同步电机伺服控制中使用最为广泛的是矢量控制。一般将永磁同步电机的控制分为三环控制：电流环、速度环、位置环。常用的控制算法有：传统PID控制、滑膜控制、自适应控制、模型预测控制、自抗扰控制等。由于算法简单，适用性高，对于被控对象参数需求少，传统PID技术还是如今工业控制驱动器领域使用量最大的算法。而自抗扰控制是传统PID控制的继承与发展，由于其适用性强，抗干扰性强，近年来慢慢被工程师运用于电机驱动器的设计之中。

ADRC是中国科学院韩京清研究员提出的，其思想是根据系统的输出和输入，从中提取出扰动信息，此处的扰动信息是由内部扰动和外部扰动组成的，故该扰动也可以称为总扰动。使用控制信号将总扰动消除，提高扰动量对于被控量的影响。在20世纪90年代，自抗扰技术传入美国，高志强博士为了使得自抗扰技术可以真正运用到工业化，将非线性自抗扰技术转变为线性自抗扰技术，并将自抗扰控制器的参数与带宽联合，简化了调参的过程。同时在设计自抗扰控制时，就可以将被控对象已知模型信息融合入控制器中，从而增加控制器的抗干扰性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于模型辅助的线性自抗扰永磁同步电机控制方法。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于模型辅助的线性自抗扰永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)首先搭建永磁同步电机电流环和速度环的模型；

电机的定子电压方程为：

式中：u_d表示d轴电压，u_q表示q轴电压，w_e表示电机转速，i_d表示d轴的实时电流，i_q表示q轴的实时电流，R为定子电阻，ψ_q为定子磁链q轴上的分量，ψ_d为定子磁链在d轴上的分量；

定子磁链方程为：

式中L_d表示定子绕组d轴上的电感，L_q表示定子绕组q轴上的电感，ψ_f为永磁体基波磁链；

将式(2)代入式(1)可得定子电压方程为：

由于被控对象为面贴式永磁同步电机，故L_d＝L_q,可得d、q坐标轴下的电流状态方程为：