【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电机控制技术，具体一种基于ladrc(线性自抗扰控制)的电流源逆变器高速永磁同步电机控制方法及系统。
技术介绍
1、高速永磁电动机具有功率密度高、体积质量小等优势，在航空航天、飞轮储能、高速主轴等领域受到广泛应用。采用电流源逆变器可以很好地抑制输出电流纹波大的问题，减小转矩脉动，从而减小电机转子损耗和电机发热。但在电流源逆变器高速电机驱动系统中存在以下问题：一方面，系统的控制对象的阶数由一阶变为二阶，电机和电容都会产生耦合现象，并且在高速下耦合会进一步加剧，危害电机的正常运行，此外，大量储能元件的应用还恶化了系统的动态性能；另一方面，高转速加重了数控系统离散误差和控制延迟的影响，降低了系统的控制精度，且适用于高速永磁电机的位置传感器存在成本高和可靠性差的问题。解决电流源逆变器系统的以上问题对于高速永磁同步电机的应用十分必要。
2、当前改善电流源逆变器高速电机驱动系统控制性能的研究方向有采用新型宽禁带器件、新型电路拓扑和高性能控制算法等。
技术实现思路
1、本专利技术为解决上述现有技术中存在的问题，进而提出一种基于ladrc的电流源逆变器高速永磁同步电机控制系统及方法。
2、本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：
3、本专利技术所述的一种基于ladrc的电流源逆变器高速永磁同步电机控制方法包括如下步骤：
4、步骤1、对电机定子的三相电流、电压进行采样，并根据当前位置信息对采样信号进行坐标变换，得到电机的交、直轴电流反馈
5、步骤2、将ω和isd对q轴电流环的耦合作用作为q轴电流环的扰动量，输入交轴电压电流usq和isq，通过基于ladrc的无位置算法处理后估算出实时的转子位置角度和转速；
6、步骤3、将实时转速ω和给定转速ω*的差值输入转速调节器，得到电机的交轴电流参考值；
7、步骤4、将交轴电流反馈量isq与交轴电流参考值isq*输入q轴二阶ladrc电流调节器，得到滤波电容的交轴电流参考值，将直轴电流反馈量isd与直轴电压参考值isd*＝0输入d轴二阶ladrc电流调节器，得到滤波电容的直轴电流参考值；
8、步骤5、将滤波电容交、直轴电流参考值分别对应与电机的交、直轴电流反馈量相加得到逆变器的交、直轴电流参考值，并经过park反变换得到调制逆变器所需电流的幅值与相位；
9、步骤6、根据调制逆变器所需电流的幅值和相位以及估算出的角度信息，结合空间矢量脉宽调制技术，得到开关信号，从而驱动调节逆变器电流幅值相位；
10、步骤7、重复步骤1至步骤6，实现实时的逆变器电流幅值、相位调节跟踪，以及转速的快速调节。
11、进一步的，步骤2所述的无位置算法对电机转子的位置信息进行估算，包括如下：
12、同步旋转坐标系下q轴的永磁同步电机数学模型为：
13、
14、式中：usq为定子绕组q轴电压；isd、isq为电子绕组d-q轴电流；lq为定子绕组q轴电感；rs为定子电阻；ψf为转子永磁体产生的磁势；
15、由此可设计基于ladrc的无位置传感器算法，将ω和id对q轴电流环的耦合作用作为q轴电流环的扰动量w(t)，由leso观测出来。
16、
17、可设计leso观测扰动量：
18、
19、在id＝0的控制策略下，
20、二阶线性扩张状态观测器的z11为isq的实时观测量,而z12就是扰动w(t)的实时观测量，记作当时，就可以准确估计电机的转速ω，之后再对速度积分得到电机转子位置θ。
21、估计转速为：
22、估计转子位置为：
23、通过如上算法便可较为简单地估计出电机的实时转速和位置角信息。
24、进一步的，步骤3所述的转速调节器为pi调节器，其传递函数为：
25、
26、式中，kp为比例增益系数、ki为积分增益系数。
27、进一步的，步骤四所述的d-q轴二阶ladrc电流调节器设计如下：
28、电机定子电压方程为：
29、
30、在旋转d-q轴坐标系下，电流源逆变器的桥臂电流方程为：
31、
32、
33、其中，usd、usq表示交流滤波电容电压d-q轴分量；isd、isq表示电机定子电流d-q轴分量；icd、icq表示电容电流d-q轴分量；iwd、iwq表示逆变器输出电流d-q轴分量；ω表示同步角速度；ψf表示电机转子磁链；c表示滤波器电容；p为微分算子；ld、lq表示电机d轴与q轴电感。对于隐极式永磁同步电机，可以令ld＝lq＝l。
34、进一步的，步骤四所述的d-q轴二阶ladrc电流调节器设计如下：
35、电机定子电压方程为：
36、
37、在旋转d-q轴坐标系下，电流源逆变器的桥臂电流方程为：
38、
39、
40、其中，usd、usq表示交流滤波电容电压d-q轴分量；isd、isq表示电机定子电流d-q轴分量；icd、icq表示电容电流d-q轴分量；iwd、iwq表示逆变器输出电流d-q轴分量；ω表示同步角速度；ψf表示电机转子磁链；c表示滤波器电容；p为微分算子；ld、lq表示电机d轴与q轴电感。对于隐极式永磁同步电机，可以令ld＝lq＝l。
41、进一步的,可以令z1为isdq的跟踪信号,z2为usdq的跟踪信号,z3为d-q轴未知扰动的跟踪信号,设计二阶d-q轴ladrc调节器为：
42、该调节器由leso(线性扩张状态观测器)和lesf(线性误差反馈控制律)组成。d轴ladrc的leso部分设计如下：
43、
44、q轴ladrc的leso部分设计如下：
45、
46、其中β1、β2、β3为leso增益。
47、d-q轴ladrc的lesf部分设计如下：
48、
49、其中kp、kd、b0为lesf参数。
50、将估算出的电容电流参考值与采样后的电机定子电流相加即可得到逆变器输入电流iwdq的估计值。
51、本专利技术所述的一种基于ladrc的电流源逆变器高速永磁同步电机控制系统包括，
52、位置估算模块，输入q轴电压电流，之后通过ladrc算法估算出电机转速和位置角度信号；
53、转速调节器，用于将实时转速和给定转速的差值进行调节，得到电机的交轴电流参考值；
54、电流传感器，用于对电机定子的三相电流进行采样；
55、电压传感器，用于对电机定子的三相电压进行采样；
56、坐标变换矩阵，用于根据当前位置信息对电流传感器采样信号进行坐标变换，得到电机的交轴电流反馈量和直轴电流反馈量；还用于根据当前位置信息对电压传感器采样信本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于LADRC的电流源逆变器高速永磁同步电机控制方法，其特征在于：所述该方法通过包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于LADRC的电流源逆变器高速永磁同步电机控制方法，其特征在于：步骤2中，所述无位置算法对电机转子的位置信息进行估算包括如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于LADRC的电流源逆变器高速永磁同步电机控制方法，其特征在于：步骤3所述的转速调节器为PI调节器，其传递函数为：
4.根据权利要求1所述的一种基于LADRC的电流源逆变器高速永磁同步电机控制方法，其特征在于：步骤4所述的d-q轴二阶LADRC电流调节器设计如下：
5.根据权利要求3所述的一种基于LADRC的电流源逆变器高速永磁同步电机控制方法，其特征在于：令z1为isdq的跟踪信号,z2为usdq的跟踪信号,z3为d-q轴未知扰动的跟踪信号,设计二阶d-q轴LADRC调节器为：
6.一种基于LADRC的电流源逆变器高速永磁同步电机控制系统，其特征在于，所述该系统包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于ladrc的电流源逆变器高速永磁同步电机控制方法，其特征在于：所述该方法通过包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于ladrc的电流源逆变器高速永磁同步电机控制方法，其特征在于：步骤2中，所述无位置算法对电机转子的位置信息进行估算包括如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于ladrc的电流源逆变器高速永磁同步电机控制方法，其特征在于：步骤3所述的转速调节器为pi调节器，其传递函数为：
4.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜博超，刘旭扬，于佳强，吴绍朋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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