[发明专利]一种永磁同步电机自抗扰位置伺服控制方法

说明书

本发明公开了一种基于改进扩张状态观测器的自抗扰控制方法，针对传统永磁同步电机位置伺服系统中存在的跟踪误差大，抗干扰能力差，鲁棒性差，响应速度慢等缺陷，首先，通过在扩张状态观测器中引入速度作为输入量，获得对二阶状态变量更优的观测效果；其次，通过引入有限时间状态观测器，使得状态观测器不仅具有传统扩张状态观测器能够观测扰动的特点，还具有了有限时间状态观测器可以在有限时间收敛的优点。与传统的位置‑速度‑电流三闭环控制方法相比，本发明具有跟踪误差小，抗干扰能力强，可以跟随更高频率的位置信号的优点，提高了永磁同步电机位置伺服系统的性能。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机的控制技术领域，尤其涉及一种基于改进扩张状态观测器的自抗扰位置伺服控制方法。

背景技术

近年来，随着电力电子技术、现代控制理论等领域取得进步，电机的位置伺服性能也得到了进一步的提高，这使得伺服电机在各个领域得到广泛应用。永磁同步电机由于其效率高、可靠性高、功率密度大以及易于控制等优点被广泛应用于伺服驱动中。传统的永磁同步电机位置伺服系统采用矢量控制方法，具体包括位置环、速度环和电流环三闭环控制，位置环往往采用比例控制，速度环和电流环采用比例积分控制，但永磁同步电机是一个多变量、高耦合、非线性的高阶系统，传统比例积分控制方法存在响应速度慢，超调大，控制性能不佳等缺点，无法满足现代社会对位置伺服系统逐渐提高的高精度、高响应要求。

自抗扰控制可以通过对系统的内扰和外扰进行估计，来实现对信号的补偿，将系统整定为积分串联系统。这种方法对模型依赖程度低，鲁棒性强，得到了广泛的应用。

自抗扰控制也存在着诸多缺点，限制了它在工程上的应用。由于扩张状态观测器是自抗扰控制的核心环节，降低扩张状态观测器的参数数量，提高其对系统输入的跟踪精度，加快状态收敛速度成为当前自抗扰控制方法研究的主要方向。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有方法的不足，提出一种基于改进扩张状态观测器的自抗扰位置伺服控制方法，通过构建改进二阶自抗扰控制器取代传统三环控制方法中的位置环和速度环，实现减小跟踪误差，提高抗干扰能力，跟随更高频率的位置信号的目的，提高位置伺服系统的性能。

本发明提出的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