[发明专利]一种双惯性永磁同步电机的电流无源控制方法

说明书

本发明涉及一种双惯性永磁同步电机的电流无源控制方法。包括双惯性永磁同步电机系统和电流无源控制器；所述双惯性永磁同步电机系统为基于电机本体和负载所构建的高精度的永磁同步电机数学模型；电流无源控制器是通过将双惯性永磁同步电机系统构造成端口受控的耗散哈密顿系统（PCHD），通过互联和阻尼配置的无源控制方法设计电流环控制器，实现d轴和q轴电流的控制，进而实现对永磁同步电机的速度调节。本发明有如下两个特点：第一，将电机和负载构成的控制系统等效成电机和负载两个惯性环节；第二，利用无源控制理论设计双惯性永磁同步电机系统的电流环控制器；本发明实现了双惯性永磁同步电机系统的高精度调速，同时具有很强的鲁棒性和抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及一种双惯性永磁同步电机的电流无源控制方法。

背景技术

永磁同步电机具有结构简单、效率高、功率因数高、功率密度高、转矩电流比高、转动惯量低等优点。然而，永磁同步电机的非线性动态耦合及其电机参数时变使它很难控制，在实际系统中，电机本身也存在着诸多外部干扰，而且电机内部参数也会随着环境温度和湿度等因素发生变化。

无源控制理论作为新型的非线性系统分析和设计方法，因其良好的物理解释和全局收敛特性，引起了控制界的广泛重视，在机器人、功率变换器、电机控制等领域得到了广泛应用。上述系统都可以表示成端口受控耗散哈密顿模型(PCHD)。PCHD模型解释了系统能量平衡关系和内部互联结构关系，因此非常适合与无源控制理论结合对系统进行能量分析和控制器设计。对其通过互联和阻尼无源控制(IDA-PBC)所涉及的控制器物理意义明晰，具有全局收敛特性，并以期望的速度收敛于系统的平衡点。一些学者设计了基于无源控制理论的电机电流环控制器，但由于只把电机等效成单个惯量的系统，忽略了联轴器和负载转动惯量，所设计的控制器往往无法实现电机的高精度调速；一些学者针对双惯性永磁同步电机系统设计了非线性控制器，所设计的控制器过于复杂，难以应用到实际过程。迄今为止，基于无源控制理论的双惯性永磁同步电机电流控制器在永磁同步电机控制领域还尚未出现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双惯性永磁同步电机的电流无源控制方法，实现现有的永磁同步电机控制系统的快速性与稳定性的要求。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种双惯性永磁同步电机的电流无源控制方法，其特征在于：通过将隐极式永磁同步电机等效成双惯性永磁同步电机系统，即把永磁同步电机看成由电机本体和电机负载组成的两个惯性环节，增加电机联轴器转矩和负载转速两个状态量，建立基于双惯性永磁同步电机系统的数学模型，对电机电流加以控制；基于端口受控耗散哈密顿系统的无源控制实现方法，通过互联和阻尼配置的无源控制方法设计电流环控制器。

在本发明一实施例中，具体包括如下步骤：

步骤S1：建立双惯性永磁同步电机系统的数学模型：

其中i_d、i_q分别为d轴和q轴电流，R_s为定子电枢绕组电阻，L_d＝L_q＝L分别为d轴和q轴电感，ω_m和ω_d分别为电机和负载的角速度，B为摩擦粘滞系数，为转子磁链，n_p为电机极对数，J_m和J_d分别为电机和负载转动惯量，K_c为联轴器刚度系数，T_e为电磁转矩，T_s为联轴器转矩，T_L为负载转矩；

步骤S2：根据无源控制理论建立双惯性永磁同步电机系统的端口受控哈密顿模型PCHD：