[发明专利]一种永磁同步电机负载扰动的观测方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机负载扰动的观测方法。利用永磁同步电机模型中负载‑转速输入输出数学模型，提出一种新型扰动观测理论应用于永磁同步电机的控制设计。在永磁同步电机控制系统中，输出物理量是电机的转速ω_r，根据永磁同步电机数学模型，消去中间变量永磁同步电机在q轴上的电流分量i_q，可以得到转速ω_r与负载转矩T_L的二阶微分表达式。利用转速ω_r与负载转矩T_L的二阶微分表达式，构建一个结构与其相同的辅助系统，其输出为Z，输入为h，且h为ω_r与Z误差的K倍。该新型扰动观测方法中，负载扰动的估计值是h与永磁同步电机在q轴上的电压U_q差值的q倍，其中q值为电机转矩系数和电机定子电阻比值的负数，从而共同构建了永磁同步电机控制系统的新型负载扰动观测器。

技术领域

本发明涉及电机调速控制技术领域，主要涉及一种永磁同步电机的负载扰动观测和处理的新方法。

背景技术

目前，在对永磁同步电机的实际工业应用控制系统中，各种先进的控制算法已经被广泛应用，永磁同步电机的控制性能得到显著的提高。然而在实际工况下，负荷往往具有较大波动，传统控制器无法较好的抑制，影响了电机输出转速的稳定性。针对此类问题，可以利用先进的控制理论设计有别于传统PI控制器的新型控制器，然而先进的控制器算法复杂，工业可靠性还有待商榷。

在实际的控制系统中，为削弱负载扰动的影响，引入扰动观测器进行扰动观测及补偿往往是较为常用的方法，而传统状态观测器一般需要状态量为条件，才能得到观测量。本发明拟采用新型扰动观测技术对负载扰动进行观测，并对实际转矩电流进行补偿，从而达到抑制负载扰动的目的。该新型扰动观测器只需要系统输出量即可，不需要系统其他状态信息，即基于单输入-单输出系统而得到，原理简单，易于实现。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种基于输入-输出模型的新型扰动观测器的永磁同步电机负载扰动补偿控制方法，该方法通过构造一类只需要输出物理量的新型扰动观测器来估算永磁同步电机的负载扰动量。为进一步提高其反馈效果，在此基础上又添加了IIR型低通滤波器，使反馈的扰动波形更加逼近真实的负载扰动，再通过引入电流前馈补偿，和传统反馈控制共同削弱负载扰动对转速波动的影响，从而实现对永磁同步电机控制系统性能的提高。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种永磁同步电机负载扰动的观测方法，包括如下步骤：

步骤1：建立永磁同步电机在采用i_d等于0的控制策略时，电机负载扰动到转速变量之间的输入输出数学模型；

步骤2：基于步骤1中的输入输出模型，构造该输入输出模型的辅助系统，并确定该辅助系统的输入和输出；

步骤3：基于步骤2中的辅助系统和步骤1中的输入输出模型确定扰动观测值；

步骤4：由电机具体参数确立相应的负载扰动观测器的数学表达式，并结合状态反馈形成控制闭环。

进一步，所述步骤1的实现包括：

步骤1.1：建立永磁同步电机在d-q坐标系下的数学模型为：

其中，U_q为电机在q轴上的电压分量，U_d为电机在d轴上电压分量，i_q为电机定子电流在q轴上的电流分量，i_d为电机定子电流在d轴上的电流分量，R为定子电阻，T_L为负载转矩，J为转动惯量，ω_r为电机机械角速度，B为摩擦系数，L_s为电机定子电感，为电机的磁链，P_n为电机的极对数；