[发明专利]一种使用滤波器观测扰动的自抗扰控制方法

说明书

一种使用滤波器观测扰动的自抗扰控制方法属于电机控制领域。所述方法实现包括：d轴电流控制器LPF‑ADRCd、q轴电流控制器LPF‑ADRCq、Park逆变换单元、SVPWM单元、电压源逆变桥、三相永磁同步电机、Clark变换单元、Park变换单元、转速环控制器。通过使用低通滤波器代替传统扩张状态观测器ESO扰动回路中的积分环节，构建新型基于滤波器的扩张状态观测器LPF‑ESO，并应用新型LPF‑ESO构成基于低通滤波器的自抗扰LPF‑ADRC电流环，低通滤波器LPF可以同时观测LPF‑ESO扰动回路中的直流量与低频交流量，使得LPF‑ADRC可以跟踪直流与低频谐波电流扰动，因此LPF‑ADRC具有更强的电流谐波扰动估计和抑制能力及强鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种抑制低频电流谐波且具有强鲁棒性的自抗扰电机控制方法，属于电机控制领域。

背景技术

随着工业和科技水平的高速发展，永磁同步电机(Permanent MagnetSynchronous Motor,PMSM)已经广泛应用于电动汽车、轨道牵引、航空航天、风力发电和电力推进等领域，而电机运行时的电流谐波及振动噪声已成为当下重点关注和有待解决的问题。逆变器死区效应、电机磁链谐波、齿槽转矩以及电流检测误差等因素，都会使得相电流中存在幅值较大的(6k±1)次电流谐波，其中k为正整数。这些谐波不但增加电机损耗，且恶化转矩脉动，从而导致振动和噪声。可通过优化电机控制方法抑制电机运行过程中的电流谐波。

针对永磁同步电机电流谐波抑制等问题，国内外进行了许多探讨，但很难兼顾谐波抑制能力与鲁棒性两个方面的问题。“基于NNBPF-EKF的内置式永磁同步电机死区补偿方法”(见《中国电机工程学报》，第40卷15期，2020)提出基于神经网络带通滤波器和扩展卡尔曼滤波器相结合的电压补偿方法，使用神经网络带通滤波器提取d轴q轴电流谐波，经卡尔曼滤波器改进的死区补偿算法计算出dq轴补偿电压以补偿电流谐波，但是，这种基于死区补偿方法并不能补偿磁链谐波、齿槽转矩等因素导致的电流谐波。“Combined resonantcontroller and two-degree-of-freedom PID controller for PMSLM currentharmonics suppression”(见《IEEE Transactions on Industrial Electronics》，2018)提出的比例积分谐振控制器使用谐振控制器并联在PI控制器上，由于谐振控制器可以跟踪固定频率谐波电流，故比例积分谐振控制器可以控制直流以及固定频率处交流，但由于PI参数是固定值，而电机参数在电机运行中又会有较大变化，因此，谐振控制的电流谐波抑制效果会受到电机参数扰动因素的影响，使得抑制效果变差。“From PID to activedisturbance rejection control”(见《IEEE Transactions on IndustrialElectronics》，2009)提出的自抗扰控制器(ADRC)基于扩张状态观测器(ESO)观测系统扰动，能够有效估计并补偿系统扰动且不依赖电机模型，可以抑制电机参数变化等不确定扰动对系统性能的影响，但扩张状态观测器只能扰动回路只能观测直流扰动，因此并不能有效抑制电流谐波。

发明内容

本发明的目的是针对永磁同步电机传统自抗扰控制(ADRC)下存在低频电流谐波的问题，提出一种基于低通滤波器(LPF)改进ADRC的控制方法，所述方法对电机低频电流谐波的抑制效果明显，且鲁棒性好，参数整定简单，无需硬件辅助电路，具有普适性。使用低通滤波器代替传统扩张状态观测器(ESO)扰动回路中的积分环节，构建新型基于滤波器的扩张状态观测器LPF-ESO，并应用LPF-ESO构成新型基于滤波器的自抗扰控制LPF-ADRC电流环控制器。低通滤波器用来同时估计扰动回路中的直流扰动和低频交流扰动，使得新型自抗扰控制器具有很强的低频谐波扰动估计能力，同时兼具电流谐波抑制能力和强鲁棒性。