[发明专利]一种低载波比下的PMSM精确离散自抗扰控制方法

说明书

本发明公开了一种低载波比下的PMSM精确离散自抗扰控制方法，具体包括如下步骤：步骤1，建立复矢量永磁同步电机模型，精确离散化后得到电流和电压之间的准确数学关系；步骤2，根据精确的离散域复矢量PMSM模型设计出具有扰动补偿的离散线性自抗扰控制器，并且对该自抗扰控制器进行数字延迟补偿；步骤3，依据极点配置设计保证全速范围内稳定运行的离散域扩展状态观测器反馈增益矩阵。本发明解决了目前高速低载波比下传统自抗扰控制存在控制精度低甚至失控的问题。

技术领域

本发明属于高性能永磁同步电机控制技术领域，涉及一种低载波比下的PMSM精确离散自抗扰控制方法。

背景技术

永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)因其高效率、高功率密度、易于弱磁扩速等特点，在轨道交通、工业控制和家用电器等诸多传动领域得到广泛应用。在大功率牵引传动系统中，为降低功率器件的开关损耗，逆变器的开关频率只有几百赫兹；在超高速和多极对数电机控制系统中，运行频率可达500Hz以上。以上情况下使得逆变器开关频率(f_PWM)与电机运行频率(f_e)的比值(载波比f_ratio＝f_PWM/f_e)很低，有时甚至小于10，导致电流环受到限幅保护而发生失控，使永磁同步电机低载波比控制策略成为研究热点。在低载波比条件下，受电流环耦合效应影响，电机的动态性能受到限制。同时，电流环控制器的设计需要考虑延时和离散化方式对控制精度的影响。因此，一个适当的离散电流控制器方法是实现低载波比下系统稳定性和动态性能的关键。通常电流控制器在连续域内设计然后离散的方法应用普遍，其在载波比较高时控制效果良好，但其精度依赖于离散化方法，且随着载波比降低，将会产生较大的数字控制延迟和离散化截断误差，进而降低电流控制器的有效性。因此，需要对低载波比下永磁同步电机电流控制器进行深入研究。

目前，PID控制是电流环最常用的控制器，但当存在模型不匹配、外界干扰时，其性能会受到限制。韩教授提出自抗扰控制(ADRC)，将内部参数变化和不确定性外部干扰合称为总干扰，设计扩展状态观测器实时地对总扰动进行估计，并加以消除，把被控对象简化为标准的串联积分型，使得控制系统的设计变得简单。ADRC因其抗干扰能力强、动态性能好、对参数变化灵敏度低等优点，被大量应用于永磁同步电机控制器中。近年来，随着永磁同步电机被广泛应用于大功率、高速场合，但存在载波比降低导致ADRC性能下降，出现数字延迟大、欧拉离散误差大、耦合加重等问题，最终可能会导致ADRC发散。

发明内容

本发明的目的是提供一种低载波比下的PMSM精确离散自抗扰控制方法，解决了目前高速低载波比下传统自抗扰控制存在控制精度低甚至失控的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种低载波比下的PMSM精确离散自抗扰控制方法，具体包括如下步骤：

步骤1，建立复矢量永磁同步电机模型，精确离散化后得到电流和电压之间的准确数学关系；

步骤2，根据精确的离散域复矢量PMSM模型设计出具有扰动补偿的离散线性自抗扰控制器，并且对该自抗扰控制器进行数字延迟补偿；

步骤3，依据极点配置设计保证全速范围内稳定运行的离散域扩展状态观测器反馈增益矩阵。

本发明的特点还在于，

步骤1的具体过程为：

步骤1.1，在旋转坐标系下建立连续域复矢量PMSM模型；

所述复矢量PMSM模型具体如下：