[发明专利]一种基于重复超螺旋观测器和超螺旋控制的位置跟踪方法

说明书

本发明公开了一种基于重复超螺旋观测器和超螺旋控制的位置跟踪方法，属于电机控制技术领域，包括以下步骤：基于电机的运动方程得到电机的状态空间方程，从电机的拓扑结构、电机驱动系统分别分析电机控制中的扰动，将扰动分为非周期性扰动和周期性扰动；根据电机的状态空间方程设计重复超螺旋观测器，将观测到的扰动补偿回到设计的超螺旋控制器中；设计超螺旋控制器，结合扰动前馈补偿，对位置控制中的周期性扰动和非周期性扰动进行抑制。本发明加强了对周期性扰动的抑制能力，减小了电流纹波，提高了抗干扰能力，降低了电机位置跟踪时的谐波含量，提高了跟踪精度，减小了电机的转矩脉动。

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于重复超螺旋观测器和超螺旋控制的位置跟踪方法。

背景技术

永磁弧线电机（PMAM）因其具有高功率密度、无传动结构以及高动态响应等优点，已成为大型望远镜和扫描机的理想选择。然而，由于采用直接驱动方式，电机产生的转矩脉动将直接影响其负载。并且这种拓扑结构本身会产生大量的周期性扰动，因此，为了实现高精度的位置跟踪，要求系统具有较强的抗干扰能力。

由于PMAM的寄生转矩脉动主要是周期性的和电机位置相关的，并且寄生转矩脉动比其他缓慢变化（例如齿槽转矩，端部转矩，磁链谐波等）造成的扰动更大。那么具有高鲁棒性的滑模控制器就需要较大的增益来实现扰动的抑制，但是，这会使系统的电流脉动增加，破坏系统的性能。此外，控制器的参数不仅影响抗干扰能力，同样影响着收敛速度，二者需要解耦开来。

因此，为了实现电机高精度的位置跟踪，亟需一种位置跟踪方法抑制永磁弧线电机的扰动。

发明内容

本发明的一个目的是解决上述问题和/或缺陷，并提供后面将要说明的优点。

为了实现本发明的这些目的，提供了一种基于重复超螺旋观测器和超螺旋控制的位置跟踪方法，包括以下步骤：

S1、基于电机的运动方程得到电机的状态空间方程，从电机拓扑结构以及电机驱动系统两个方面分别分析电机控制中的扰动，并将扰动分为非周期性扰动和周期性扰动；

S2、针对非周期性扰动和周期性扰动，根据电机的状态空间方程设计重复超螺旋观测器，将观测到的扰动补偿回到下一步设计的超螺旋控制器中，即对超螺旋控制器进行扰动前馈补偿；

S3、设计超螺旋控制器，结合扰动前馈补偿，对位置控制中的周期性扰动和非周期性扰动进行抑制。

优选的是，其中，所述S1的具体实施方式包括：

电机的运动方程表达式为：

，

其中，ω_m为电机的转速，J为电机的转动惯量，p为电机的极对数，φ_f是电机的永磁体磁链，i_q为电机q轴电流，T_l为电机的负载转矩，B为电机的粘滞系数；

电机的拓扑结构会造成齿槽转矩以及端部转矩，而相应的电机驱动系统会造成周期性的转矩脉动，齿槽转矩、端部转矩和电流采样偏置误差造成的扰动分别表示为：

，