基于负载观测器的永磁同步电机控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于负载观测器的永磁同步电机控制方法，方法包括：(Ⅰ)电机启动切换；(Ⅱ)速度调节；(Ⅲ)负载转矩观测；(Ⅳ)前馈补偿控制；(

【技术实现步骤摘要】
基于负载观测器的永磁同步电机控制方法


[0001]本专利技术属于交流永磁同步电机控制领域，具体涉及一种基于负载观测器的永磁同步电机控制方法。

技术介绍

[0002]交流永磁同步电机具有功率密度大、调节性能优良、可维护性好等优点，广泛应用于工业领域。为保证电机稳定运行，电机的控制系统必须具有抗负载扰动能力，不过在很多应用领域中，负载多变且不可预测，传统的PID控制算法很难满足负载的抗扰动需求，导致负载变化时，电机转速震荡、调节周期长甚至无法运行的状况出现。

技术实现思路

[0003]本专利技术是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种基于负载观测器的永磁同步电机控制方法。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]一种基于负载观测器的永磁同步电机控制方法，包括以下步骤：
[0006](Ⅰ)电机启动切换
[0007]进入电机启动切换程序后，先进行电机预定位，再采用I
‑
F(电流
‑
频率)矢量控制方式启动将电机带到设定转速，然后采用切换方法将电机切换至转速电流双闭环的控制方式运行；
[0008](Ⅱ)速度调节
[0009]进入速度调节后，计算电机实际转速，将其与设定转速比较，得到的偏差值经速度调节器输出；
[0010](Ⅲ)负载转矩观测
[0011]按照极点设置要求，计算观测矩阵，并将电机转动惯量、机械角速度、电流等状态量代入负载转矩观测器，计算得到电机的实时负载转矩；/>[0012](Ⅳ)前馈补偿控制
[0013]将观测器得到的观测转矩值进行处理后反馈到电流调节器输入端；
[0014](
Ⅴ
)空间矢量算法
[0015]根据转速电流调节输出的电压参考值，执行空间矢量算法，计算占空比并输出PWM信号，控制三相逆变桥驱动电机运行。
[0016]在上述技术方案中，所述控制方法应用于表贴式永磁同步电机。
[0017]在上述技术方案中，所述极点设置要求具体为：将期望极点α、β设计在s域的左半轴：
[0018]s2‑
(α+β)s+αβ＝0。
[0019]在上述技术方案中，所述观测器的观测矩阵
[0020]式中：α、β为期望极点，B
m
为摩擦系数，J为转动惯量。
[0021]在上述技术方案中，所述负载转矩观测器为：
[0022][0023]在上述技术方案中，所述负载转矩观测器方程中：
[0024][0025]U＝T
e
。
[0026]在上述技术方案中，所述负载转矩观测器的特征根方程为：
[0027][0028]在上述技术方案中，所述观测转矩值的处理方法为：采用负载转矩的趋势值代替瞬时值，并对电流补偿值进行限值保护。
[0029]在上述技术方案中，所述采用负载转矩的趋势值代替瞬时值具体为：将观测器得到的实时负载转矩值与前九次累加后求取平均值，再乘以前馈比例系数得到负载转矩电流补偿值。
[0030]本专利技术的有益效果是：
[0031]本专利技术以表贴式永磁同步电机为研究对象，在转速电流双环矢量控制的基础上，提出了一种基于负载观测器的永磁同步电机控制方法，将观测的负载转矩进行前馈补偿，实现了同样的控制参数下具有更好的抗扰动能力，有效地提高了控制系统的鲁棒性。
附图说明
[0032]图1是常规直接转矩控制系统结构图；
[0033]图2是本专利技术基于负载观测器的永磁同步电机控制方法的控制系统结构图；
[0034]图3是本专利技术基于负载观测器的永磁同步电机控制方法的主流程图；
[0035]图4是本专利技术基于负载观测器的永磁同步电机控制方法的子流程图。
[0036]对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
[0037]为了使本
的人员更好地理解本专利技术技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术基于负载观测器的永磁同步电机控制方法的技术方案。
[0038]实施例1
[0039]一种基于负载观测器的永磁同步电机控制方法，包括以下步骤：
[0040](Ⅰ)电机启动切换
[0041]进入电机启动切换程序后，先进行电机预定位，再采用I
‑
F(电流
‑
频率)矢量控制方式启动将电机带到设定转速，然后采用切换方法将电机切换至转速电流双闭环的控制方式运行；
[0042](Ⅱ)速度调节
[0043]进入速度调节后，计算电机实际转速，将其与设定转速比较，得到的偏差值经速度调节器输出；
[0044](Ⅲ)负载转矩观测
[0045]按照极点设置要求，计算观测矩阵，并将电机转动惯量、机械角速度、电流等状态量代入负载转矩观测器，计算得到电机的实时负载转矩；
[0046](Ⅳ)前馈补偿控制
[0047]将观测器得到的观测转矩值进行处理后反馈到电流调节器输入端；
[0048](
Ⅴ
)空间矢量算法
[0049]根据转速电流调节输出的电压参考值，执行空间矢量算法，计算占空比并输出PWM信号，控制三相逆变桥驱动电机运行。
[0050]图3、4为永磁同步电机负载转矩前馈控制方法流程图，控制算法采用C语言编写在DSP控制板中运行，图3为主程序流程图，图4为定时器中断子程序流程图，定时器中断子程序在主程序中执行，主要完成负载转矩前馈补偿、转速电流双环矢量控制等算法，具体程序流程如下：
[0051]主程序具体流程如下：
[0052](Ⅰ)开始
[0053]程序开始，从主程序入口，S1；
[0054](Ⅱ)初始化
[0055]进行DSP的初始化，完成DSP外设时钟、看门狗、IO口(输入输出)以及中断向量表的初始化工作，S2；
[0056](Ⅲ)配置寄存器
[0057]配置定时器、PWM寄存器、SCI寄存器以及中断寄存器，并使能相关中断功能，S3；
[0058](Ⅳ)初始化软件参数
[0059]初始化定时器、PWM占空比、延时时间、RS232通讯软件等相关参数，S4；
[0060](
Ⅴ
)循环等待
[0061]进入主循环，等待定时器中断发生，S5；
[0062](
Ⅵ
)执行中断程序并返回
[0063]执行定时器中断子程序，完成后返回主程序，循环等待，S6。
[0064]定时器中断子程序具体流程如下：
[0065](Ⅰ)中断开始
[0066]发生定时中断，进入定时器中断程序，S7；
[0067](Ⅱ)是否启动切换
[0068]判断电机是否完成启动切换，若已经完成，直接进入转速电流双闭环的矢量控制，否则进入电机启动切换程序，S8；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于负载观测器的永磁同步电机控制方法，其特征在于：包括以下步骤：(Ⅰ)电机启动切换进入电机启动切换程序后，先进行电机预定位，再采用I
‑
F(电流
‑
频率)矢量控制方式启动将电机带到设定转速，然后采用切换方法将电机切换至转速电流双闭环的控制方式运行；(Ⅱ)速度调节进入速度调节后，计算电机实际转速，将其与设定转速比较，得到的偏差值经速度调节器输出；(Ⅲ)负载转矩观测按照极点设置要求，计算观测矩阵，并将电机转动惯量、机械角速度、电流等状态量代入负载转矩观测器，计算得到电机的实时负载转矩；(Ⅳ)前馈补偿控制将观测器得到的观测转矩值进行处理后反馈到电流调节器输入端；(
Ⅴ
)空间矢量算法根据转速电流调节输出的电压参考值，执行空间矢量算法，计算占空比并输出PWM信号，控制三相逆变桥驱动电机运行。2.根据权利要求1所述的基于负载观测器的永磁同步电机控制方法，其特征在于：所述控制方法应用于表贴式永磁同步电机。3.根据权利要求1所述的基于负载观测器的永磁同步电机控制方法，其特征在于：所述极点设置要求具体为：将期望极点α、...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏振，姚广，彭树文，高亚男，岳金磊，
申请(专利权)人：核工业理化工程研究院，
类型：发明
国别省市：