基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术适用于电机控制领域，提供了一种基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制方法、装置及系统，所述方法包括以下步骤：获取永磁同步直线电机的相关参数，建立dq坐标系下的电流环控制模型；根据所述电流环控制模型确定q轴矢量谐振自抗扰控制器、d轴矢量谐振自抗扰控制器；获取q轴实际电流i

【技术实现步骤摘要】
基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制方法、装置及系统


[0001]本专利技术属于电机控制领域，尤其涉及永磁同步直线电机的控制领域，具体提供了一种基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制方法、装置及系统。

技术介绍

[0002]传统的数控机床为实现进给运动，主要采用“旋转伺服电动机+滚珠丝械”的驱动方案。由于此种方案存在诸多连接机构，导致系统惯量增加，动态响应速度降低，定位精度降低。而永磁同步直线电机不需要中间转换机构，实现了系统的直接驱动，避免了上述局限性，而且由于其具有精度高、行程广、响应快等特点被广泛应用于数控机床进给系统、长距离自动运输系统等场合。
[0003]永磁同步直线电机控制系统多采用三闭环控制，内环为电流环，中间环为速度环，外环为位置环。电流环作为控制系统的核心环节，是直线电机伺服系统能否实现高精密控制的关键。但是由于永磁同步直线电机运行过程中存在的齿槽效应、死区效应以及逆变器的非线性、参数失配等因素的影响，电流中存在各种阶次的谐波，造成直线电机产生推力波动，直接降低了控制系统的可靠性和平稳性。因此，开展PMSLM(永磁同步直线电机)的电流谐波抑制研究具有重要意义。
[0004]国内外主要从电机本体结构优化与控制策略两方面对电流谐波抑制开展研究。谐波抑制常用的控制策略有重复控制、预测电流控制、谐波注入等，上述的这些控制策略在谐波抑制效果方面具有一定的作用，但是同时都有不足之处。重复控制理论上可以抑制特定频率的谐波，适用于频率恒定的系统。但是当谐波频率发生变化时，需要重新设计控制器；预测电流控制可以快速精确跟踪到电流，对于谐波抑制具有不错的效果。但是预测控制是基于电机模型的控制方法，当模型不准确或者参数失配时，控制系统会产生扰动导致电流跟踪精度和谐波抑制效果下降；谐波注入法实现简单，计算量少。但是使用该方法搭建的谐波抑制环节需要电机的电感、电阻和磁链值。在电机运行过程中参数会因工况实时变化，该方法谐波抑制的准确性会降低；因此，亟需设计一种新的谐波抑制技术和手段。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例的目的在于提供一种基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制方法，旨在解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。
[0006]本专利技术实施例是这样实现的，一种基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]获取永磁同步直线电机的相关参数，建立dq坐标系下的电流环控制模型；
[0008]根据所述电流环控制模型确定q轴矢量谐振自抗扰控制器、d轴矢量谐振自抗扰控制器；
[0009]获取q轴实际电流i
q
和d轴实际电流i
d
；
[0010]将q轴给定电流与q轴实际电流i
q
的差值输入到q轴矢量谐振自抗扰控制器，获得
q轴给定电压将d轴给定电流与d轴实际电流i
d
的差值输入到d轴矢量谐振自抗扰控制器，获得d轴给定电压
[0011]对获得的q轴给定电压d轴给定电压进行变换处理，生成PWM驱动信号，以通过PWM驱动信号控制逆变器输出电压信号驱动永磁同步直线电机。
[0012]本专利技术实施例的另一目的在于提供一种基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制装置，能够用于如上所述的基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制方法，所述基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制装置包括：速度环PI控制器、d轴矢量谐振自抗扰控制器、q轴矢量谐振自抗扰控制器；
[0013]所述速度环PI控制器，用于获取q轴实际电流i
q
和d轴实际电流i
d
；
[0014]所述q轴矢量谐振自抗扰控制器，用于将q轴给定电流与q轴实际电流i
q
的差值输入到q轴矢量谐振自抗扰控制器，获得q轴给定电压
[0015]所述d轴矢量谐振自抗扰控制器，用于将d轴给定电流与d轴实际电流i
d
的差值输入到d轴矢量谐振自抗扰控制器，获得d轴给定电压
[0016]本专利技术实施例的另一目的在于提供一种基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制系统，所述基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制系统包括：
[0017]如上所述基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制装置，以及变换和驱动模块；
[0018]所述基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制装置，用于对q轴实际电流i
q
和d轴实际电流i
d
进行谐波抑制，并输出q轴给定电压d轴给定电压
[0019]所述变换和驱动模块，用于将q轴给定电压d轴给定电压变换为电压信号，驱动永磁同步直线电机；
[0020]所述变换和驱动模块至少包括：IPARK变换模块、逆变器、CLARK变换模块、PARK变换模块以及磁栅编码器。
[0021]本专利技术实施例提供的一种基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制方法，首先，基于永磁同步直线电机自身的相关参数，建立dq坐标系下的电流环控制模型，即dq坐标系下的电流方程，并根据电流方程设计q轴扩张状态观测器，再引入矢量谐振控制器进行改进得到q轴矢量谐振自抗扰控制器，同理，得到d轴矢量谐振自抗扰控制器；通过设计的q轴矢量谐振自抗扰控制器对输入的q轴给定电流与q轴实际电流i
q
进行处理，获得q轴给定电压通过设计的d轴矢量谐振自抗扰控制器对输入的d轴给定电流与d轴实际电流i
d
的差值进行处理，获得d轴给定电压使得能够通过获得的q轴给定电压d轴给定电压生成PWM驱动信号，以通过PWM驱动信号控制逆变器输出电压信号驱动永磁同步直线电机；通过改进传统的自抗扰控制器为矢量谐振自抗扰控制器，实现了电机的驱动与电流谐波的抑制。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例提供的一种基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制方法的流程
示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例提供的一种基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制系统的总体框图；
[0024]图3为本专利技术实施例中的q轴电流环矢量谐振自抗扰控制器结构框图；
[0025]图4为本专利技术实施例中基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制方法与其他方法的谐波抑制性能比较图；
[0026]图5为一个实施例中计算机设备的内部结构框图。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0028]如图1所示，在一个实施例中，提出了一种基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制方法，具体可以包括以下步骤S101至步骤S109；
[0029]S101，获取永磁同步直线电机的相关参数，建立dq坐标系下的电流环控制模型；
[0030]在本步骤S101中，所述的相关参数包括：
[0031]永磁同步直线电机的实际位移x，该实际位移x可以通过永磁同步直线电机的磁栅编码器测得，实际位移x经过微分算子获得电机动子的实际速度v；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：获取永磁同步直线电机的相关参数，建立dq坐标系下的电流环控制模型；根据所述电流环控制模型确定q轴矢量谐振自抗扰控制器、d轴矢量谐振自抗扰控制器；获取q轴实际电流i
q
和d轴实际电流i
d
；将q轴给定电流与q轴实际电流i
q
的差值输入到q轴矢量谐振自抗扰控制器，获得q轴给定电压将d轴给定电流与d轴实际电流i
d
的差值输入到d轴矢量谐振自抗扰控制器，获得d轴给定电压对获得的q轴给定电压d轴给定电压进行变换处理，生成PWM驱动信号，以通过PWM驱动信号控制逆变器输出电压信号驱动永磁同步直线电机。2.根据权利要求1所述基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制方法，其特征在于，所述电流环控制模型的电流方程：其中，u
d
和u
q
分别表示d、q轴实际电压，i
d
、i
q
分别表示d、q轴实际电流，L
d
和L
q
分别表示d、q轴电感，R为相电阻，v为动子线速度，τ为电机极距，为电机磁链，f
d
和f
q
分别为d轴电压扰动与q轴电压扰动。3.根据权利要求2所述基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制方法，其特征在于，根据所述电流环控制模型确定q轴矢量谐振自抗扰控制器，具体包括：建立q轴电流方程：其中b0＝1/L
q
，为q轴电流环总扰动，为q轴电流导数；设计q轴扩张状态观测器；引入矢量谐振控制器将q轴扩张状态观测器进行改进，得到q轴矢量谐振扩张状态观测器；根据q轴矢量谐振扩张状态观测器观测到的扰动值，设计q轴电流控制率。4.根据权利要求3所述基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制方法，其特征在于，根据所述电流环控制模型确定d轴矢量谐振自抗扰控制器，具体包括：建立d轴电流方程：其中，为d轴电流环总扰动，为d轴电流导数；
设计d轴扩张状态观测器；引入矢量谐振控制器将将d轴扩张状态观测器进行改进，得到d轴矢量谐振扩张状态观测器；根据d轴矢量谐振扩张状态观测器观测到的扰动值，设计d轴电流控制率。5.根据权利要求2所述基于矢量谐振自抗扰控制的谐波抑制方法，其特征在于，所述d轴电压扰动与q轴电压扰动满足：其中，ΔR、ΔL
d
、ΔL
q
和分别表示电阻变化量、d轴电感变化量、q轴电感变化量以及磁链变化量。6.根据权利要求1所述基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵吉文，王绍伟，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：