[发明专利]一种永磁同步电机转速波动抑制方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机转速波动抑制方法，通过设计的状态观测器观测负载扰动下电机转速的波动量，利用设计的观测器增益和滤波器得到等价的负载扰动，等价的负载扰动作用于电机系统，电机系统产生与负载扰动相反的转速波动，从而抵消电机负载扰动下的转速波动。本发明在id＝0矢量控制系统的基础上，设计状态观测器、观测器增益和滤波器得到等价的输入负载扰动，抵消负载扰动带来的转速波动，通过仿真实验表明：基于等价输入干扰算法的电机转速波动抑制方法能够快速响应转速波动，能够有效抑制周期负载信号、阶跃负载信号以及不规则负载信号带来的转动波动，实现调速系统的高精度控制。

技术领域

本发明涉及电机控制领域，特别涉及一种永磁同步电机转速波动抑制方法。

背景技术

永磁同步电机以其高功率密度、转矩大、体积小、效率高、控制简单、精度高等优点，被广泛应用于工业机器人、电动汽车以及航空航天等驱动控制系统中。由于永磁同步电机驱动负载的形式不同，导致负载信号的形式也不同，如周期性负载信号、非线性负载信号、阶跃负载信号、不规则负载信号等等，通过分析永磁同步电机的动态电磁转矩方程知道，当这些负载加入永磁同步电机控制系统中会引起转速的波动，进而引起电机控制系统的振动，影响永磁同步电机转速的高精度控制，严重时会导致整个驱动控制系统共振，影响电机的使用寿命。例如工业生产线上的机器人手臂是通过花键衔接，花键间的间隙会引起永磁同步电机所加负载信号的不同，进而导致机械臂的振动，影响机械手臂控制的精度。

目前针对于永磁同步电机负载扰动下带来的转速波动，常见抑制转速波动的方法有：(1)通过转矩补偿的方法来抑制负载扰动带来的转速波动、(2)通过设计重复复合控制器来抑制负载扰动下的转速波动，如专利CN201510660766.7-电动汽车、永磁同步电机转速波动的抑制方法及抑制系统。转矩补偿抑制转速波动是通过比较当前周期的转速与前一个周期的转速，通过预设的补偿数据库，确定补偿转矩抑制负载带来的转速波动。一方面会增加控制系统的计算任务量；另一方面需要通过比较、查表确定补偿的转矩，不能够实时响应。重复复合控制器抑制转速波动是通过快速傅里叶变换建立给定转速与扰动频率的对应数据表，利用重复控制器产生的周期内膜信号抑制扰动频率分量，进而抑制转速波动。重复控制器对于周期性负载下转速波动抑制效果更好，对于非线性负载抑制效果较差；此外，控制器计算量大，响应慢。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种永磁同步电机转速波动抑制方法，其能够有效抑制电机转速的波动，提高电机转速控制的精度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种电机转速波动抑制方法，通过设计的状态观测器观测负载扰动下电机转速的波动量，利用设计的观测器增益和滤波器得到等价的负载扰动，等价的负载扰动作用于电机系统，电机系统产生与负载扰动相反的转速波动，从而抵消电机负载扰动下的转速波动。

该方法具体包括如下步骤：

S1、建立电机旋转坐标系下数学模型，模型为：

其中，u_d、u_q分别为旋转坐标系下直轴电压和交轴电压；i_d、i_q分别为旋转坐标系下直轴电流和交轴电流；r为电机的内阻；L_d、L_q分别为旋转坐标系下直轴电感和交轴电感；P_m为电机的极对数；w为电机转速；为电机磁通量；T_e为电磁转矩；J为电机转动惯量；TL为电机负载扰动，b为阻尼系统；