[发明专利]一种永磁同步电机的解耦线性自抗扰控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机的解耦线性自抗扰控制方法。建立永磁同步电机的电流环和转速环模型，将电流环和转速环模型中的d轴电流环、q轴电流环和转速环均等效为一阶系统模型，根据d轴电流环、q轴电流环和转速环的一阶系统模型分别建立各自的解耦线性自抗扰控制器，均包含线性跟踪微分器、线性扩张状态观测器和线性控制律的三个部分；由解耦线性自抗扰控制器对永磁同步电机解耦线性自抗扰控制。本发明能保证一阶系统的跟踪性能和抗扰性能完全解耦，大大减少控制器参数整定的难度，能够有效地抑制永磁同步电机电流环和速度环中的周期性扰动，增强电机电流和转速的控制性能，极大地提高了电流和转速的控制精度。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机伺服控制领域的一种电机控制方法，特别是涉及了一种永磁同步电机的解耦线性自抗扰控制方法。

背景技术

永磁同步电机凭借其结构紧凑，功率密度高，动态性能好等优势，已被广泛应用于机器人，高端数控机床，医疗设备等高端工业领域。但是，永磁同步电机复杂的非线性动态特性和各种扰动源增加了永磁同步电机实现高精度控制的难度。

永磁同步电机控制中存在的扰动分为周期性扰动和非周期性扰动。周期性扰动主要包含由逆变器死区时间效应，永磁体磁链谐波和电流传感器采样误差产生的周期性扰动。非周期性扰动主要包含由于电机参数变化，系统模型失配和负载转矩等产生的扰动。

近年来，线性自抗扰控制由于具有强大的抗扰能力和不依赖模型的特点已被成功应用于永磁同步电机控制。但由于传统线性自抗扰控制器中的扩张状态观测器对于扰动的观测带宽有限，传统线性自抗扰控制器只能有效地抑制永磁同步电机控制中的非周期性扰动，不能有效地抑制周期性扰动。但是，这些周期性扰动会使得电机的电流、转速产生明显波动，恶化电机电流、转速的控制性能。此外，传统线性自抗扰控制器不是两自由度控制器，其控制系统的跟踪性能与抗扰性能存在耦合关系，这会使得控制器的参数不容易整定。

发明内容

为了使线性自抗扰控制器变为两自由度控制器，减小控制器参数整定的难度，本发明提出了一种解耦线性自抗扰控制器，该解耦线性自抗扰控制器为两自由度控制器，其控制系统的跟踪性能与抗扰性能可以实现完全解耦。

同时，为了使解耦线性自抗扰控制器能有效地抑制永磁同步电机控制中的周期性扰动，增强电机电流和转速的控制性能，本发明构建设计了解耦线性自抗扰控制器，分为电流和转速部分。

为实现上述目标，如图1和图2所示，本发明具体采用以下技术方案：

1)建立永磁同步电机的电流环和转速环模型：

其中，p为磁极对数；L_n为永磁同步电机中的电感出厂标称值；J_n为系统转动惯量出厂标称值；ψ_rn为永磁同步电机中的永磁体磁链出厂标称值；i_d和i_q分别为d轴和q轴实际电流；i_qref为永磁同步电机所连接的转速控制器输出q轴参考电流；u_dref和u_qref分别为永磁同步电机所连接的d轴和q轴电流控制器输出参考电压；d_d和d_q分别为d轴和q轴电流环中的集总扰动；d_ω为转速环中的集总扰动；a_d、a_q和a_ω分别为集总扰动d_d、d_q和d_ω的变化率；t表示时间；

电流环包括电流控制器和被控对象。

所述的系统包括永磁同步电机、负载以及永磁同步电机和负载之间的连接件。负载例如为负载电机，永磁同步电机和负载之间的连接件例如为联轴器。