[发明专利]一种永磁同步电机的鲁棒两自由度控制器的实现方法

说明书

本发明揭示了一种永磁同步电机的鲁棒两自由度控制器的实现方法，基于两自由度控制理论和鲁棒控制理论，先将鲁棒两自由度控制器设计问题转化成标准H_∞鲁棒控制问题，再由设计状态反馈控制器的H_∞控制问题转换成鲁棒两自由度闭环系统的稳定性问题，来优化设计永磁同步电机的两个控制器。本发明优化了鲁棒两自由度控制器的控制性能、干扰抑制性能和动态性能等。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机的鲁棒控制器的设计，尤其是涉及一种永磁 同步电机的鲁棒两自由度控制器的实现方法。

背景技术

永磁同步电机(PMSM)具有高功率因数、高效和高功率密度等优点，所 以其被广泛应用于速度和位置的高精度控制，关于如何提高PMSM伺服系 统的性能，已有很多设计方法被提出，PID(Proportion Integration Differe ntiation.比例-积分-微分控制器)控制器是最常用的一种控制器。

控制器的自由度是指系统的闭环传递函数中可以独立设计的控制器的 个数。控制器的设计是一个多目标问题，两自由度控制相比于一自由度控 制具有很多优势，但现有控制器的设计方案中两自由度控制器的参数往往 要靠经验调整，缺乏一种优化的设计方法。

Zames于1981年提出的H_∞控制理论是一种相对完美的理论，并已经 被应用于PMSM伺服系统的鲁棒控制器的设计中，但是现有设计的鲁棒两 自由度控制器的控制性能、干扰抑制性能和动态性能等均有待优化提升。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种永磁同步电机的鲁 棒两自由度控制器的实现方法。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种永磁同步电机的鲁 棒两自由度控制器的实现方法，包括：

S1，获取永磁同步电机的d-q坐标轴数学模型及机械方程，所述d-q 坐标轴数学模型表示为：

其中，u_d,u_q分别是d轴和q轴电压，R_s是定子电阻，i_d,i_q分别是d轴和q轴电流，ω是转子的电角速度，L_d,L_q是等效的d轴和q轴电感，Ψ_f是 PMSM的有效磁通，p_n是电机的极对数，K_T为转矩系数；

所述机械方程表示为：

其中，T_e是电磁转矩，T_l是负载转矩，J是转动惯量，B是粘性系数， ω_m是转子速度；

S2，采用H_∞控制理论设计鲁棒两自由度控制系统中的两个控制器C_a(s) 和C_b(s)，其中，C_b(s)＝k₃+k₁s，且由上述式1和式2，得出系统 被控对象G(s)的表示为：并计算得到标准的鲁 棒控制系统的控制器参数值K，其中，K＝[k₁k₂k₃]；

S3，由上述控制器参数值K的值，所述鲁棒两自由度控制系统的闭环 传递函数：

及劳斯稳定性定理，得出鲁棒两自由度控制系统的稳定性条件为：

若两自由度控制系统的参数值K满足所述式5，则设计的所述两自由度 控制系统是稳定的。