[发明专利]一种永磁同步电机自抗扰位置伺服控制方法

权利要求书

1.一种永磁同步电机位置伺服控制方法，其特征在于，该方法是基于改进扩张状态观测器的自抗扰位置伺服控制方法，包括以下步骤：

步骤一，对永磁同步电机的信号进行采样和解算，利用与永磁同步电机转子同轴相连的绝对位置编码器采样和解算得到永磁同步电机转子位置机械角度θ、永磁同步电机转子位置电角度θ_e和永磁同步电机转子机械角速度利用无接触式霍尔电流传感器对永磁同步电机A、B和C三相定子电流i_A、i_B和i_C进行采样；

步骤二，将步骤一中采样得到的永磁同步电机A、B和C三相定子电流信号i_A、i_B和i_C通过Clark变化得到二相αβ静止坐标系下的α轴电流i_α和β轴电流i_β，并将α轴电流i_α和β轴电流i_β通过Park正变化得到dq同步旋转坐标系下的直轴电流i_d和交轴电流i_q；

步骤三，将外部给定的位置指令θ^*输入到微分跟踪器中，经过微分跟踪器输出永磁同步电机转子位置参考信号θ^ref和永磁同步电机转子速度参考信号

步骤四，将步骤三中得到的永磁同步电机转子位置参考信号θ^ref和永磁同步电机转子速度参考信号分别与经过改进扩张状态观测器得到的永磁同步电机转子位置观测信号Z₁和永磁同步电机转子速度观测信号Z₂作差，得到转子位置误差信号e₁和转子速度误差信号e₂，再将转子位置误差信号e₁和转子速度误差信号e₂输入到非线性反馈环节，由非线性反馈环节得到不考虑系统总扰动误差影响的交轴电流参考信号

步骤五，将步骤一中得到的永磁同步电机转子机械角速度永磁同步电机转子机械角度θ和交轴电流参考信号输入到改进扩张状态观测器中，由改进扩张状态观测器得到永磁同步电机转子位置观测信号Z₁、永磁同步电机转子速度观测信号Z₂以及总扰动误差估计值Z₃，改进扩张状态观测器的表达式为：

式(1)中e₁为永磁同步电机转子机械角度观测值Z₁与永磁同步电机转子机械角度θ的误差，e₂为永磁同步电机转子机械角速度观测值Z₂与永磁同步电机转子机械角速度的误差，sign(·)为符号函数，β₀₁、β₀₂、β₀₃和β₀₄为系统的增益系数，h为采样周期，a为非线性系数，在本方法中a取分数，b₀为改进扩张状态观测器补偿系数；

在本方法中，Z₃包含未建模误差、参数误差、外界干扰等因素对电机负载转矩造成的影响；

在本方法中，改进扩张状态观测器补偿系数b₀按下式求取；

式(2)中，p_n为永磁同步电机极对数，ψ_f为永磁磁链，J为电机端系统集总转动惯量，R为电机定子相绕组电阻；

步骤六，根据步骤五中得到的总扰动误差估计值Z₃计算得到考虑总扰动误差影响的修正电流

步骤七，根据步骤四中得到的不考虑系统总扰动误差影响的交轴电流参考信号和步骤六中得到的考虑总扰动误差影响的修正电流计算得到交轴电流参考信号

步骤八，将步骤七中的交轴电流参考信号与步骤二中得到的交轴电流i_q进行比较，即求取交轴电流参考信号与交轴电流i_q的差值，所得到的差值输入到具有比例积分(PI)调节特性的电流控制器中，经电流控制器调节后得到交轴参考电压取直轴电流参考信号为0，将直轴电流参考信号与步骤二中得到的直轴电流i_d进行比较，即求取直轴电流参考信号与直轴电流i_d的差值，所得到的差值输入到具有比例积分(PI)调节特性的电流控制器中，经电流控制器调节后得到直轴参考电压

其中，考虑总扰动误差影响的修正电流其数学表达式为：

交轴电流参考信号数学表达式为：

步骤九，将步骤八中得到的交轴参考电压和直轴参考电压经过Park逆变换得到定子二相αβ静止坐标系下的α轴参考电压和β轴参考电压

步骤十，由定子二相αβ静止坐标系下的α轴参考电压和β轴参考电压在SVPWM脉冲生成器中完成SVPWM脉冲宽度计算，生成SVPWM脉冲；

步骤十一，将步骤十中生成的SVPWM脉冲输入到逆变器中，控制逆变器为永磁同步电机提供相应的SVPWM脉宽调制电压，永磁同步电机的运动趋势随之改变，永磁同步电机位置伺服控制得以实现。