[发明专利]基于改进型扰动观测器的永磁同步电机电流鲁棒控制方法

权利要求书

1.一种基于改进型扰动观测器的永磁同步电机电流鲁棒控制方法，其特征在于：包括有：

S1、在基波d轴-q轴同步旋转坐标系下，建立作为永磁同步电机的电流环的综合扰动时永磁同步电机的数学模型；

S2、设计改进型的扰动观测器分别对综合扰动引起的d轴和q轴电压误差进行观测；

S3、将改进型扰动观测器观测出的d轴和q轴电压误差分别作为d轴和q轴的电压补偿量，分别对电流环d轴和q轴的PI控制器的输出进行补偿，提高电流环的稳态、动态和鲁棒性能。

2.根据权利要求1所述的基于改进型扰动观测器的永磁同步电机电流鲁棒控制方法，其特征在于：所述S2中设计改进型的扰动观测器对综合扰动引起的d轴和q轴电压误差分别进行观测，具体包括：

在传统永磁同步电机扰动观测器的设计中，控制结构中使用的滤波器通常选择一阶低通滤波器的结构，其传递函数为：

式中，Q(s)代表滤波器的传递函数，ω_LP为低通滤波器的截止频率，s为时域变量。

为抑制综合扰动的影响，对传统采用一阶低通滤波器的结构进行改进，引入一个二阶低通滤波环节，即将一阶低通滤波器和二阶低通滤波环节并联后作为控制结构中的滤波器，改进后的滤波器的传递函数为：

式中，Q′(s)代表改进后的滤波器的传递函数，ω_LP为一阶低通滤波器的截止频率，k为二阶低通滤波环节的参数，ω₀为控制角频率，s为时域变量。

通过对滤波器参数：一阶低通滤波器截止频率ω_LP，二阶低通滤波环节参数k和ω₀的设计，实现对综合扰动引起电压误差的观测。

3.根据权利要求1所述的基于改进型扰动观测器的永磁同步电机电流鲁棒控制方法，其特征在于：所述S3中将改进型扰动观测器观测出的d轴和q轴电压误差分别作为d轴和q轴的电压补偿量，分别对电流环d轴和q轴PI控制器的输出进行补偿，作为改进型扰动观测器的永磁同步电机电流鲁棒控制方法的控制率，提高电流环的稳态、动态和鲁棒性能，其表达式为：

式中：式中v_d和v_q分别为基于改进型扰动观测器的永磁同步电机电流鲁棒控制方法输出定子电压的d轴和q轴分量，和分别为定子电流d轴和q轴分量的给定值，i_d和i_q分别为定子电流d轴和q轴分量的实际值，k_pd和k_id分别为d轴电流PI控制器的比例系数和积分系数，k_pq和k_iq分别为q轴电流PI控制器的比例系数和积分系数，γ_d和γ_q分别为改进型扰动观测器观测出的由综合扰动引起的d轴和q轴电压误差。

4.根据权利要求1所述的基于改进型扰动观测器的永磁同步电机电流鲁棒控制方法，其特征在于：所述S1中永磁同步电机在基波d轴-q轴同步旋转坐标系下的数学模型为：

式中，u_d和u_q分别为定子电压的d轴和q轴分量，i_d和i_q分别为定子电流的d轴和q轴分量，R_s为定子绕组等效电阻，L_d和L_q分别为定子绕组的d轴和q轴等效电感，和分别为定子电流d轴和q轴分量的一阶导数，ψ_f为转子永磁体的磁链，ω_e为转子的电角速度，ω_eL_qi_q为q轴电流在d轴上产生的耦合电压，ω_eL_di_d为d轴电流在q轴上产生的耦合电压。

5.根据权利要求4所述的基于改进型扰动观测器的永磁同步电机电流鲁棒控制方法，其特征在于：所述综合扰动是指：永磁同步电机在实际运行过程中会受到逆变器死区时间和管压降、转子磁链谐波、电机参数变化、未建模误差和电流耦合这些扰动的影响，将这些扰动作为电流环的综合扰动来处理，所述综合扰动导致永磁同步电机定子三相电流波形会发生畸变，将定子三相电流变换到基波d轴-q轴同步旋转坐标系下，可以得到：

式中，i_d1和i_q1分别为基波电流在基波d轴-q轴同步旋转坐标系下的d轴和q轴分量，i₅和θ_i5分别为5次谐波电流的幅值和初始相位角，i₇和θ_i7分别为7次谐波电流的幅值和初始相位角，i_d6和θ_q6分别为d轴-q轴同步旋转坐标系下d轴6次谐波电流分量的幅值和相位角，i_q6和θ_q6分别为基波d轴-q轴同步旋转坐标系下q轴6次谐波电流分量的幅值和相位角。

将式(5)代入式(4)，可得由逆变器死区时间和管压降、转子磁链谐波引起的电压误差为：

式中，R_s0、L_d0和L_q0分别为定子绕组等效电阻、d轴等效电感和q轴等效电感的标称值，f_d和f_q分别为由逆变器死区时间和管压降、转子磁链谐波引起的定子电压误差的d轴和q轴分量。

由电机参数变化、电流耦合扰动引起的定子电压误差为：

式中，d_d和d_q为由电机参数变化引起的定子电压误差的d轴和q轴分量，ΔR_s、ΔL_d和ΔL_q分别为定子等效电阻、d轴等效电感和q轴等效电感相对于各自标称值的变化值。

由未建模误差扰动引起的定子电压误差为：

式中，εd0和εq0分别为由未建模误差引起的定子电压误差的d轴和q轴直流分量，εd和εq分别为未建模误差引起的定子电压误差的d轴和q轴总分量。

由式(6)、式(7)和式(8)可得由综合扰动引起的定子电压误差为：

式中，γ_d和γ_q分别为由综合扰动引起的定子电压误差的d轴和q轴分量。