[发明专利]永磁同步电机低速性能的提升方法

摘要

本发明公开了一种永磁同步电机低速性能的提升方法，属于高性能伺服控制领域。利用改进巴特沃斯低通滤波器对速度计算模块的输出进行滤波预处理；建立复合PMSM数学模型，以复合PMSM数学模型设计一般速度方程；由一般速度方程建立标准速度方程；针对标准速度方程设计扰动观测器；调节扰动观测器增益矩阵L，修正集总扰动估计值前馈补偿给速度PI调节器得到最终输出。通过改进巴特沃斯低通滤波器有效滤除速度计算模块输出中的高频噪声分量，避免对电机的低速性能造成影响；通过扰动观测器估计出集总扰动并前馈处理，不仅能够消除外部扰动的影响，还能有效处理永磁同步电机的负载转矩项、摩擦转矩项和惯量摄动，可提高永磁同步电机低速性能。

主权项

一种永磁同步电机低速性能的提升方法，其特征在于包括以下步骤：1)、利用改进巴特沃斯低通滤波器对永磁同步电机的速度计算模块的输出ω′进行滤波预处理，得到永磁同步电机的滤波预处理后速度ω：1.1)、令ω′(t)的拉普拉斯变换为Ω′(s)，ω(t)的拉普拉斯变换为Ω(s)，建立标准二阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数模型：H(s)=Ω(s)Ω′(s)=b0s2+b1s+b2a0s2+a1s+a2---(1)]]>式中，a0,a1,a2,b0,b1,b2为所述标准二阶巴特沃斯低通滤波器的6个参数；1.2)、对式(1)进行零极点配置，将标准二阶巴特沃斯低通滤波器改进为：H(s)=Ω(s)Ω′(s)=ωc2s2+2s+ωc2---(2)]]>式中，ωc为二阶巴特沃斯低通滤波器的截止频率；1.3)、调整ωc的取值，将速度计算模块的输出ω′中的噪声分量滤除；2)、建立复合PMSM的数学模型：i·qω·=-RL-npψfLnpψfJ-BJ·iqω+uqL-TLJ---(3)]]>式中，iq为永磁同步电机的d‑q轴坐标系的q轴电枢电流分量，R为定子绕组电阻，L为电枢绕组电感，np是永磁同步电机的极对数，ψf是转子磁链的幅值，B是粘滞摩擦系数，J为转子的转动惯量，uq为q轴电枢电压分量，TL为负载转矩；3)、以步骤2)中复合PMSM的数学模型设计一般速度方程：ω·=npψfiqJ-BωJ-TLJ---(4)]]>式中，为电磁转矩项，为粘滞摩擦转矩项，为负载转矩项；4)、由步骤3)一般速度方程建立标准速度方程：令增益转换系数设b的估计值为b0，则式(4)为：ω·=b0iq-BωJ-TLJ+(b-b0)iq---(5)]]>令集总扰动项则得到标准速度方程；ω·=b0iq+a(t)---(6)]]>5)、以步骤4)标准速度方程设计扰动观测器：将式(6)的标准速度方程表示为：x·=Ax+Buu+Bddy=Cx---(8)]]>式中，状态变量x＝ω、输入u＝iq、集中扰动d＝a(t)，系统矩阵A＝0、输入矩阵Bu＝b0、误差矩阵Bd＝1，输出矩阵C＝1；建立扰动观测器方程得到集中扰动估计值z·=-LBd(z+Lx)-L(Ax+Buu)d^=z+Lx---(9)]]>式中，z是扰动观测器的内部变量，L是待设计的扰动观测器增益矩阵；6)、调节扰动观测器增益矩阵L，修正集总扰动估计值前馈补偿给速度PI调节器的输出iq*′，得到永磁同步电机最终电流给定iq*：iq*=iq*′-d^---(10).]]>