[发明专利]一种永磁无刷直流电机转速波动抑制方法

说明书

本发明涉及一种永磁无刷直流电机转速波动抑制方法，所述方法通过采集永磁无刷直流电机速度反馈信号以及d‑q轴电流反馈信号，构造非线性速度比例积分器、速度变化估计器、非线性多源干扰估计器、非线性电流比例积分器、电流变化估计器和动态补偿器，实现了对永磁无刷直流电机转速波动抑制控制。利用速度反馈信号和q轴电流反馈信号，对伺服系统中的转矩脉动、负载干扰、信号测量误差、模型参数不确定性等时变干扰因素进行在线精确估计；结合前馈和反馈相综合的非线性复合控制器策略，实现转速跟随的有限时间稳定控制。与现有技术相比，本发明对无刷直流电机的转速波动具有很好的抑制作用，具有响应快、精度高、抗干扰性强等优点。

技术领域

本发明涉及永磁直流电机领域，尤其是涉及一种基于非线性复合控制器的永磁无刷直流电机转速波动抑制方法。

背景技术

永磁无刷直流电机因具有响应速度快、定位精度高、调速范围大、过载能力强等特点，被广泛应用于很多高性能工业场合，如机器人、数控机床、加工中心甚至航空航天等领域。实际伺服系统中存在着很多影响速度跟踪性能的因素，如转矩脉动、负载干扰、信号测量误差、模型参数不确定性等，这些非线性扰动的存在将会导致永磁无刷直流电机的转速波动、降低系统的控制性能，严重时甚至会影响系统的稳定性。传统的串级PI控制器在高性能调速场合已不能满足需求，现有的许多技术方法针对上述某一种或几种特定的干扰提出了有效的扰动抑制措施，总结如下：

1)不少技术发明和科技文献采用迭代学习控制或重复控制方法来抑制因气隙磁通密度的非正弦分布和气隙磁阻变化引起的转矩脉动，如专利(CN 105337550B，一种永磁无刷直流电机转矩脉动抑制方法，2018.02.16)、文献(储剑波等，一种抑制永磁无刷直流电机转速脉动的方法[J]，电工技术学报，2009，24(12):43-49；高宽等，低速下电机转矩脉动抑制的算法研究[J]，电气传动，2015，45(9):15-19)，这类方法的优势是适合于处理周期性形式的扰动，且控制算法的构建不依赖于系统精确的数学模型，但对于外部负载变化和参数摄动等频率未知的时变扰动抑制能力较差。

2)针对模型参数不确定性和外部负载干扰，近些年不少科技文献采用干扰观测器与滑模控制相结合的复合抗扰控制方法提高伺服系统的调速性能，如专利(CN104601071B，基于扰动观测器的永磁无刷直流电机电流环滑模控制系统，2017.06.06)、文献(刘颖等，基于新型扰动观测器的永磁无刷直流电机滑模控制[J]，中国电机工程学报，2010，30(9):80-85)但是由于滑模控制律中高频切换项的作用，闭环系统中q轴电流存在着抖振问题，因此可能会激发伺服系统中未建模高频动态，破坏系统稳定性。

另外，上述针对永磁无刷直流电机调速系统的设计方法一般实现的是转速跟踪的渐近收敛特性，即转速的跟随误差不能在有限的规定时间内收敛到平衡点，并且当系统存在不确定性和时变干扰时，无法实现转速的渐进稳定跟踪，从而在一定程度上限制了系统的调速响应性能。相比渐近稳定控制理论，有限时间控制思想的提出可以使得系统状态在平衡点附近具有快速的收敛性能(Bernuan E,Robust finite-time output feedbackstabilization of the double integrator[J],International Journal of Control,2015,88(3):451-460)。

因此，通过设计一种高效可靠的控制方法，在降低上述多源干扰带来的转速波动影响的同时，提高系统的动态响应性能，是伺服系统开发中的一个难点。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于非线性复合控制器的永磁无刷直流电机转速波动抑制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明的一个方面，提供了一种永磁无刷直流电机转速波动抑制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：