[发明专利]基于混合调节器的抗负载扰动方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机控制方法及装置，特别是一种永磁同步电机交流伺服系统中抗负载扰动的控制方法及其装置。

背景技术

高性能永磁同步电机伺服系统要求具备良好的动静态性能。实际系统中负载转矩扰动会造成转速的波动，这是由于传统速度/电流闭环系统中都是假设负载转矩扰动为零或一固定值时，对速度环传递函数进行工程优化。当负载转矩发生变化时，速度环调节器不能抑制负载扰动。为提高系统的抗干扰性能通常引入负载转矩的前馈补偿，与原有调节器结合形成二自由度混合调节器。

工程实际中，直接测量负载转矩不仅成本高，而且安装调试复杂，特殊负载条件下无法直接测量，因而一般通过观测器根据电机可测物理量辨识得到负载转矩。现有的负载转矩观测器一般可分为两类，一类是依据电机基波数学模型设计全阶或降阶状态观测器，该方法用到电机参数众多，其辨识精度受参数影响严重；另一种方法是卡尔曼滤波器法，通过系统状态变量的估计误差以及系统噪声的统计特性，自动计算最优反馈增益系数，相比于前一种方法，对干扰抑制能力强，但是计算量非常大，难以实现在线辨识。以上方法大多基于隐极式电机，不能辨识出凸极式永磁同步电机由于凸极结构产生的磁阻转矩，且在不同电流控制方式下，估计精度差别大，应用范围有限。本发明装置速度环采用混合调节器代替传统闭环系统的转速PI调节器，抑制负载扰动对转速波动的影响。混合调节器中，以负载转矩和转速作为状态变量，定义实际转速与观测转速之差为滑模切换面，设计滑模负载转矩观测器用于实现负载转矩的在线辨识，不仅适合不同转子结构的永磁同步电机，对于不同电流控制方式下依然有效，具有广阔的应用范围。

发明内容

本发明的目的是设计一种适用于永磁同步电机不同电流控制方法的负载转矩观测器，并与速度闭环PI调节器结合，形成混合速度调节器控制定子电流，提供一种永磁同步电机抗负载扰动的方法和装置。

本发明所采用的技术方案是：

本发明基于混合调节器的抗负载扰动方法及其装置，它包括PC机、控制器、电压检测单元、隔离驱动单元、电流检测单元、转速检测单元、三相不控整流桥、母线储能电容、三相全桥逆变器、永磁同步电机、编码器和可调负载。

所述的基于混合调节器的抗负载扰动方法及其装置，其中三相不控整流桥将三相交流电整流为直流电，对母线储能电容进行充电，电压检测单元检测母线电压，三相全桥逆变器将母线电压逆变后，为永磁同步电机提供变频电源，电流检测单元检测定子绕组电流，转速检测单元测量电机转速并输入到控制器中，控制器根据控制算法调制出PWM脉冲信号经隔离驱动单元控制逆变器功率器件开通和关断。

所述的基于混合调节器的抗负载扰动方法及其装置的控制器，将给定转速与实际转速的偏差信号作为输入信号，经速度环混合调节器调节后输出转矩给定信号，转矩给定值经转矩/电流分配单元输出d、q轴电流给定值，电流实际值与给定值的偏差信号分别输入到q轴电流PI调节器和d轴电流调节器，两个调节器的输出信号与解耦控制器输出信号运算后，作为反Park变换单元的输入，得到的两相电压给定值输入到SVPWM脉冲调制器，调制出的六路脉冲信号输入到隔离驱动单元。

所述基于混合调节器的抗负载扰动方法及其装置的速度环混合调节器包括两部分构成，其中PI调节器根据速度偏差信号输出期望转矩值，滑模转矩观测器根据实际电流辨识出负载转矩实际值，二者运算后得到系统的转矩给定值。具体步骤如下：

步骤a、以负载转矩和转速作为状态变量，得到永磁同步电机状态方程如下：