[发明专利]一种永磁同步电动机转速控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电动机转速控制系统及方法，包括：电流传感器模块与永磁同步电机连接，电流传感器模块、Clark坐标变换模块、Park坐标变换模块依次连接，Park坐标变换模块与非线性扰动观测器和反步控制器分别连接，非线性扰动观测器与反步控制器连接，反步控制器、Park坐标反变换模块、电压空间矢量PWM模块和逆变器依次连接，逆变器连接永磁同步电机；转速/位置检测模块与非线性扰动观测器、反步控制器、Park坐标变换模块、Park坐标反变换模块分别连接。本发明采用反步控制和非线性扰动观测器方法替代传统的PI控制器，并采用转速‑电流单环控制方式替代传统的转速环和电流环级联的控制结构，实现了转速和电流的快速跟踪控制。

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电动机(PMSM)转速控制系统及方法，尤其涉及一种基于反步控制和非线性扰动观测器的具有强跟踪性和鲁棒性且控制参数易调节的PMSM转速控制系统及控制方法。

背景技术

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有效率高、比功率大、可靠性高和便于维护等优点,目前已广泛应用于数控机床、机器人、电动汽车驱动系统及风力发电等，而且在高铁、航空航天等领域也具有较好的应用前景。伴随着现代工业的快速发展，永磁同步电机控制系统的性能要求不断提高。然而，永磁同步电机是一个复杂的多变量、强耦合的非线性系统，再加上其本身的模型不确定性、外部扰动等，传统的基于PI的矢量控制方法已无法满足当前众多领域对永磁同步电机控制系统的高性能要求。因此，研究永磁同步电机驱动系统的高性能控制策略具有重要意义，业已成为电气传动控制系统发展的一个主流方向。近年来，随着现代控制理论和微机技术的发展，一些新型控制控制方法逐步应用在电机控制系统中。反步控制作为一种递推控制方法，在永磁同步电机驱动控制系统中，可将复杂的非线性永磁同步电机控制系统分解为若干个子系统，通过引入虚拟控制量和递推设计，实现电机的跟踪控制。但反步控制是一类严重依赖系统模型的控制方法，在电机存在参数不确定和外部扰动时，容易造成系统性能下降。为了提高电机控制系统的抗扰动性能，研究人员提出了多种自适应反步控制方法，提高了系统的鲁棒性，但存在控制器设计复杂、参数调节困难等问题，限制了其在实际电机系统中的应用。

发明内容

为解决现有技术存在的控制器设计复杂、参数调节困难等问题，本发明公开了一种永磁同步电动机转速控制系统及方法，该方法基于反步控制和非线性观测器设计永磁同步电动机驱动系统的转速-电流单环控制器，替代传统的转速环和电流环级联控制，实现转速快速稳定跟踪，是一种运用先进算法实现电机转速控制的新方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明公开了一种永磁同步电动机转速控制系统，包括：电流传感器模块、Clark坐标变换模块、Park坐标变换模块、转速/位置检测模块、反步控制器、非线性扰动观测器、Park坐标反变换模块、电压空间矢量PWM模块和逆变器；

所述电流传感器模块与永磁同步电机连接，所述电流传感器模块、Clark坐标变换模块、Park坐标变换模块依次连接，所述Park坐标变换模块与非线性扰动观测器和反步控制器分别连接，所述非线性扰动观测器与反步控制器连接，所述反步控制器、Park坐标反变换模块、电压空间矢量PWM模块和逆变器依次连接，所述逆变器连接永磁同步电机；

所述转速/位置检测模块与非线性扰动观测器、反步控制器、Park坐标变换模块、Park坐标反变换模块分别连接。

本发明公开了一种永磁同步电动机转速控制方法，包括以下步骤：

步骤一：测量永磁同步电机的转速ω和位置θ信息；对永磁同步电机两相输出电流进行采样，通过信号转换得到实际的两相输出电流i_a和i_b；