[发明专利]一种适用于载人电动直升机电机的抗扰转速控制方法

说明书

本发明公开了一种适用于载人电动直升机电机的抗扰转速控制方法，其中所述抗扰控制器包括转速状态跟踪器、状态观测器和状态误差反馈器；转速状态跟踪器用于跟踪载人电动直升机电机给定转速运行状态，所述状态观测器用于观测系统内部转速误差及反馈转速；所述状态误差反馈器用于补偿状态观测器观测的系统误差及扰动，输出电机控制合理的i_{q_ref}电流驱动信号。将本发明应用到载人电动直升机电机，能够有效抑制电机的运行谐波，提高电机的运行效率，降低电机运行的发热量，增加飞机的续航时间，保证飞机的运行安全。

技术领域

本发明公开涉及新能源航空电动力技术领域，尤其涉及一种适用于载人电动直升机电机的抗扰转速控制方法。

背景技术

载人电动直升机以其高效节能、低排放、布局灵活、噪声低、乘坐舒适、操作简单、维护方便等诸多优点，可广泛应用于城市交通、飞行员培训、货物运输等众多领域。但受目前蓄电池能量密度的影响，载人电动直升机为了增加飞机的续航时间，飞机通常采用碳纤维结构，尽最大可能减轻飞机的起飞重量；飞机在飞行过程中，由于飞机的起飞重量较轻，飞机的螺旋桨易受气流的影响而使飞机产生颠簸，甚至可能由于颠簸过大，造成飞机失速，发生坠机事故。

由于永磁同步电机具有的体积小、功率密度高、转动惯量小，允许的脉冲转矩大等众多优点，因此，载人电动直升机广泛采用永磁同步电机，其控制模式通常选用传统永磁同步电机的矢量PI转速控制方法，而传统PI控制其本质为线性调制器，而永磁同步电机为强耦合、非线性的控制系统，PI控制鲁棒性差，为了实现快速地转速调节，在转速控制过程中易产生转速超调，且PI参数整定困难，因此传统PI控制难以实现对转速的精确控制。此外，载人电动直升机负载为低速大转矩螺旋桨负载，其负载转矩随转速的增加呈二次方关系增长，在运行过程中负载转矩较大，易受空气气流的影响，轻微变化的转速将导致负载转矩的剧烈变化，若以传统PI控制实现速度快速动态调节，势必引起转速过大超调，导致飞机电动力系统负载转矩过大，影响其安全性。

王伟等人在CN201911393907.8的专利中提出了一种永磁同步电机控制器电流环PI参数整定方法，采用线下运行的方式对电感、电阻和磁链参数等电机参数进行标定，结合标定结果，利用最优相位裕度法和幅值裕度法建立了PI参数标定模型，完成了控制器电流环PI参数的标定，该方法电机在无外界扰动，且运行工况相对固定的情况下较适用；能够有效提高电机的控制精度；而载人电动直升机在实际飞行过程中，由于其螺旋桨受到不确定气流扰动的影响，采用线下标定获得的PI参数无法满足载人电动直升机电机在复杂运行工况的需求，造成无法有效提高电机的控制精度，甚至可能造成电机控制精度降低，危机飞机的运行安全。

夏铸亮等人在CN201510405119.1的专利中提出了一种永磁同步电机控制方法及永磁同步系统，通过对期望总磁链进行校正，补偿定子内阻对电机的相电压的影响，使相电压的控制更加精确，从而拓展电机的工作范围，提高了电机的运行效率；该方法未针对外部环境对电机转速、转矩的影响提出有效的应对策略，仅适用于恒转矩及转速波动较小的电机控制，能够有效提高电机的控制效率；而载人电动飞机在实际飞行过程中受外界环境的影响较大，当电机转速或转矩发生突变时，该方法未能采取较好的应对效果。

张瑞峰等人在CN201610370891.9的专利中提出了一种大功率表面式永磁同步电机的控制方法，有效解决了传统的表贴式永磁同步电机在运行过程中随着工作环境的变化而造成电机定子电阻及电感等参数发生变化，从而导致电机控制解耦不准的情况，影响电机的效率。该方法通过对电机在运行过程中的内部参数的自适应调节，提高电机的运行效率，而忽略了外部负载因素对电机性能的影响，而载人电动飞机在飞行过程中，外部气动负载直接影响永磁同步电机的转速及转矩，因此该方法不适于与载人电动飞机永磁同步电机的控制。

综上，为提高永磁同步电机驱动系统转速控制的抗气流干扰能力，在满足动态调节需求的条件下，实现较小转速超调的转速控制，提出了一种适用于载人电动直升机电机的抗扰转速控制方法。

发明内容