一种基于非递归优化的永磁同步电机转速控制方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及基于非递归优化的永磁同步电机转速控制方法和系统，通过采集永磁同步电机速度以及d

【技术实现步骤摘要】
一种基于非递归优化的永磁同步电机转速控制方法和系统


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机领域，尤其是涉及一种基于非递归优化的永磁同步电机转速控制方法和系统。

技术介绍

[0002]永磁同步电机由于响应速度快、启动转矩大、功率密度高、体积小等特点，在诸如电动汽车领域、轨道交通领域、机器人领域、医疗机械领域等高性能需求场合有着极为广泛的应用。而转速控制是伺服控制的一个极其重要的部分，虽然目前已有很多成熟且可靠的转速控制方法，但随着一些工业场合对电机的性能要求越来越高，传统的基于串级控制的方法已不再满足工业的需求。其原因在于，根据不同的工业场合，电机在运行过程中会存在各种形式的干扰，从而影响电机速度跟踪的动态性能和稳态性能，如负载干扰、模型参数漂移、未建模动态等。对于调速系统来说，这些干扰可以分为两类即匹配干扰和非匹配干扰，使得在转速控制时控制性能受到影响，甚至严重时使得系统变得不稳定，从而可能会使执行机构出现故障。目前针对上述永磁同步电机干扰抑制的问题，采取的抑制措施有：
[0003]1、通过定义代价函数或者权函数采用迭代学习的方法来抑制系统环路中存在的总扰动，如公开号为CN109617484A的专利技术公开的永磁同步电机周期性扰动双环预测抑制方法和文献“基于Smith预估和性能加权函数的永磁直线同步电机鲁棒迭代学习控制”(赵希梅等，电工技术学报，2016，31(19))。这类方法在处理低频周期或低频非周期扰动有着不错的效果，而且不需要精确的系统模型。但对于时变非周期扰动抑制能力较差，而且此类方法计算复杂度大，故系统的响应速度不高。
[0004]2、针对系统中存在的各类扰动，构建干扰观测器或状态观测器再结合控制器的复合控制方法来抑制系统中扰动，如公开号为CN107241034A的专利技术公开的一种永磁同步电机转速波动抑制方法和文献“基于变增益扩张状态观测器的永磁同步电机转速环自抗扰控制器设计”(王见良等，控制理论与应用，2018，45(11))。首先，这类方法在处理非匹配干扰即在输入通道上的干扰有着较好的效果，但是在电机转速系统中，会存在各类干扰，比如外部负载干扰就是非匹配干扰，这类方法只能将非匹配干扰等价成匹配干扰，进行估计和补偿。这种采取将匹配干扰和非匹配干扰统一视为总扰动并加以估计的方式，只能得到扰动的粗略估计，一定程度上会加大观测器的负担，使得观测器扰动的收敛速度变慢，不能得到具体干扰的精确信息，精确度不高。
[0005]另外，上述方法在进行调速控制设计时，均采用了电流环和速度环相分离的串级控制设计思想，这样的设计方式从结构上易于理解和实现，但由于外环响应通常慢于内环响应速度，因此动态性能相比于非串级控制较低。其次，目前大多数方法都是基于干扰前馈补偿设计的复合控制器，控制器参数的选取依据人工经验，并没有在消除干扰后通过根据系统模型和实际系统自身情况对控制器的输出进行自适应动态优化，实现自适应控制，进而达到提高系统动态性能和自适应能力的目的。因此，设计一个能够抑制各类干扰并实现自适应动态优化的非递归转速控制器，在现有的技术和方法下依然是一个比较棘手的问
题。

技术实现思路

[0006]本专利技术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提高抗干扰能力的基于非递归优化的永磁同步电机转速控制方法和系统。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]一种基于非递归优化的永磁同步电机转速控制方法，包括：获取永磁同步电机转子的测量角度和测量速度，并将测量速度与预设的给定速度比较，得到速度偏差；对永磁同步电机进行电流采样，得到q轴测量电流和d轴测量电流，将d轴测量电流与预设的d轴给定电流比较，得到d轴电流偏差；根据速度偏差和d轴电流偏差进行非光滑干扰估计，进而对永磁同步电机转子进行基于干扰估计的复合控制。
[0009]进一步地，所述基于干扰估计的复合控制的控制输入的计算表达式为：
[0010][0011]式中，Ω6为基于干扰估计的复合控制的控制输入，为复合控制输入的d
‑
q坐标系下q轴电压，为复合控制输入的d
‑
q坐标系下d轴电压，J为转动惯量，L
s
为定子电感，n
p
为电机磁极对数，ψ
f
为转子磁链，K
11
,K
12
,K
21
为控制器增益系数，T1,T2为分别包含G1,G2的自适应更新值，G1,G2为变换增益系数，复合控制系统状态δ＝[δ
1 δ
2 δ3]T
，复合控制输入稳态值ω
ref
为给定速度，系统状态e
ω
为速度偏差，i
q
为q轴测量电流，B为粘性摩擦系数，
[0012]进一步地，通过构建非光滑干扰估计Σ1、Σ2和Σ3，得到系统的状态估计值及系统的干扰估计值从而求取系统的状态稳态值和输入稳态值进而得到系统状态δ＝[δ
1 δ
2 δ3]T
，
[0013]进一步地，所述非光滑干扰估计Σ1、Σ2和Σ3的计算表达式为：
[0014][0015]式中，式中，为系统已知非线性项，为系统已知非线性项，ω
ref
为给定速度，i
dref
为d轴给定电流，l
i,j
，λ
i
(i＝{1，2，3}，j＝{0，1，2})均为估计器的增益参数；Φ
i,0
＝x
i
；P
1,0
，P
1,1
，P
1,2
分别为x1，d1，的估计，记为P
2,0
，P
2,1
分别为x2，d2的估计，记为的估计，记为P
3,0
，P
3,1
分别为x3，d3的估计，记为
[0016]进一步地，所述增益参数λ
i
，l
i,j
，用于调节干扰估计器的收敛速率和对时变干扰的抑制能力，满足约束条件λ
i
＞0,l
i,j
＞0(i＝{1，2，3}，j＝{0，1，2})。
[0017]进一步地，所述非递归优化控制的增益参数K
11
,K
12
,K
21
，用于调节复合控制的带宽，满足K
11
＞0,K
12
＞0,K
21
＞0。
[0018]进一步地，参数T
i
(i＝1，2)引入二次自适应动态更新机制：
[0019][0020]式中，G1(0)＝G2(0)＝1，T
10
和T
20
为动态更新机制初始值，ρ
i
和为更新机制的参数(i＝1，2)，G
max 1
，G
max 2
分别为G1,G2的饱和限幅阈值。
[0021]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非递归优化的永磁同步电机转速控制方法，其特征在于，包括：获取永磁同步电机转子的测量角度和测量速度，并将测量速度与预设的给定速度比较，得到速度偏差；对永磁同步电机进行电流采样，得到q轴测量电流和d轴测量电流，将d轴测量电流与预设的d轴给定电流比较，得到d轴电流偏差；根据速度偏差和d轴电流偏差进行非光滑干扰估计，进而对永磁同步电机转子进行基于干扰估计的复合控制。2.根据权利要求1所述的一种基于非递归优化的永磁同步电机转速控制方法，其特征在于，所述基于干扰估计的复合控制的控制输入的计算表达式为：式中，Ω6为基于干扰估计的复合控制的控制输入，为复合控制输入的d
‑
q坐标系下q轴电压，为复合控制输入的d
‑
q坐标系下d轴电压，J为转动惯量，L
s
为定子电感，n
p
为电机磁极对数，ψ
f
为转子磁链，K
11
,K
12
,K
21
为控制器增益系数，T1,T2为分别包含G1,G2的自适应更新值，G1,G2为变换增益系数，复合控制系统状态δ＝[δ
1 δ
2 δ3]
T
，复合控制输入稳态值ω
ref
为给定速度，系统状态e
ω
为速度偏差，i
q
为q轴测量电流，B为粘性摩擦系数，3.根据权利要求2所述的一种基于非递归优化的永磁同步电机转速控制方法，其特征在于，通过构建非光滑干扰估计Σ1、Σ2和Σ3，得到系统的状态估计值及系统的干扰估计值从而求取系统的状态稳态值和输入稳态值进而得到系统状态δ＝[δ
1 δ
2 δ3]
T
，δ
i
＝x
i
‑
x
i*
。4.根据权利要求3所述的一种基于非递归优化的永磁同步电机转速控制方法，其特征在于，所述非光滑干扰估计Σ1、Σ2和Σ3的计算表达式为：
式中，式中，为系统已知非线性项，为系统已知非线性项，ω
ref
为给定速度，i
dref
为d轴给定电流，l
i,j
，λ
i
(i＝{1，2，3}，j＝{0，1，2})均为估计器的增益参数；Φ
i,0
＝x
i
；P
1,0
，P
1,1
，P
1,2
分别为x1，d1，的估计，记为P
2,0
，P
2,1
分别为x2，d2的估计，记为的估计，记为P
3,0
，P
3,1
分别为x3，d3的估计，记为5.根据权利要求4所述的一种基于非递归优化的永磁同步电机转...

【专利技术属性】
技术研发人员：冒建亮，曹忠昆，张传林，魏亚飞，白国超，
申请(专利权)人：知行机器人科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：