[发明专利]PMSM驱动系统失磁故障控制方法、永磁同步电机

说明书

本发明提供一种PMSM驱动系统失磁故障控制方法，具体步骤为：首先，建立了dq轴坐标系下PMSM失磁故障数学模型，其次，将失磁模型转化为等价输入干扰系统，采用积分滑模观测器对EID系统状态变量及等价输入失磁故障进行估计，并将等价输入失磁故障的估计值以前馈的方式补偿，得到最终的控制律，实现对PMSM失磁的容错性、鲁棒性。最后，给出了积分滑模观测器及整个EID系统的稳定性证明。所提方法有效提高了PMSM失磁驱动系统的容错控制性能。本发明还提供了一种基于上述PMSM驱动系统失磁故障控制方法的永磁同步电机。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机驱动系统的等价输入干扰(EID)容错控制方法，尤其涉及一种基于积分滑模观测器的等价输入干扰容错控制方法。

背景技术

永磁同步电机因其高效率、高功率密度、高动态性能等优点而被广泛应用于各种高性能工业实践中，如电动汽车、工业机器人、航空航海、轨道交通等领域。尤其在高精度、高性能的工程应用中，永磁同步电机驱动系统的快速动态响应速度和高精度转矩响应性能显得十分重要。然而受复杂的工况下，高温、高负荷、电磁、机械等因素影响，PMSM转子永磁体(PM)的励磁性能下降，从而极易发生失磁故障。这导致了控制器的转子磁链与实际磁链的不匹配，必然造成PMSM 驱动系统性能的下降。因此，保持控制器良好的控制性能，实现对失磁故障的容错控制是保证PMSM驱动系统稳定运行的必要条件。

永磁体失磁故障的检测和抑制问题，逐渐引起了人们的重视，大量相关研究得以发表，特别是基于模型的方法成为众多学者研究的主要方法。这些方法中的如鲁棒控制、自适应控制、预测控制、滑模控制等都被广泛应用于机电系统中的扰动检测及抑制。其中，滑模观测器(SMO)具有对扰动的鲁棒性、对系统参数变化的低灵敏度、快速响应和易于实现等优点，受到越来越多的关注。

然而上述方法使用反馈策略来设计系统，所设计的控制系统通常只有一个自由度。这导致了系统需要在控制性能之间做出权衡，如鲁棒性和容错性。当系统的外部扰动大时，通常采用高增益来减少扰动的影响。高增益在有效减小扰动影响的同时，带来的是系统鲁棒性能和标称性能的降低。与这些单自由度方法相比，具有两个自由度的主动扰动抑制方法得到广泛的关注。一个用于扰动抑制，另一个用于反馈补偿，其有效解决了单自由度系统中系统性能的权衡问题。常见的主动扰动抑制方法主要有基于扰动观测器(DOB)的方法和自抗扰控制(ADRC)的方法，都被广泛应用于PMSM驱动系统的扰动和故障抑制。上述两种主动扰动抑制方法，都是通过对控制器进行重构，实现对扰动和故障的容错控制，这改变了原有控制器的结构，大大增加了系统的风险。公开号为CN107482976A的发明专利申请公开一种用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法，用滑模观测器获得控制律，但该控制是对电流和转速的控制，没有从系统输入整体上对失磁故障进行预测和消除，失磁故障对系统的影响仍然不能消除。

发明内容

针对永磁体失磁故障的容错控制问题，本文结合SMO与PIO的优点，并采用等价输入干扰方法，通过引入一个解耦系数和一个积分项，提出了一种基于积分滑模观测器的等价输入干扰方法。

该方法采用的技术方案是：

基于积分滑模观测器的PMSM驱动系统失磁故障抑制方法，所述积分滑模观测器方程为：

式中分别是x(y)的估计值；u_f是一个输入；L和L_I是待设计的观测器增益；v是滑模控制函数；所述其中是待设计的，且有k₁＞0和k₂＞0；L_I1＞0和L_I2＞0；

进一步地，基于所述积分滑模观测器的失磁故障抑制控制率为：式中u为系统输入、u_f为失磁故障影响下的系统输入，为失磁故障的等价输入估计值。

运用积分滑模观测器和等价输入干扰估计器对失磁故障的等价估计，对失磁故障进行补偿。