[发明专利]一种基于参数辨识的机械弹性储能用PMSG控制方法

摘要

一种基于参数辨识的机械弹性储能用PMSG控制方法，所述方法首先建立由涡簧箱、齿轮变速箱和永磁同步发电机组成的永磁同步发电装置的全系统数学模型；然后根据MRAS和Popov超稳定理论设计能辨识发电机参数(电感和磁链)和储能箱参数(转矩和转动惯量)的两种辨识算法观测参数变化，然后利用辨识值建模最大程度的消除内外参数变化带来的建模误差；再通过设计自适应反步控制器，求得描述电阻干扰的自适应律并求得d、q轴的控制输入信号；最后将控制信号输入到永磁同步发电机全系统数学模型中，实现对永磁同步发电机的控制。实验结果表明，本方法能够最大程度的消除系统内外部的参数变化干扰，实现了发电机的高精度控制，保证电机输出高质量电能。

主权项

1.一种基于参数辨识的机械弹性储能用PMSG控制方法，其特征是，所述方法首先建立由涡簧箱、齿轮变速箱和永磁同步发电机组成的永磁同步发电装置的全系统数学模型；然后根据MRAS和Popov超稳定理论设计能辨识发电机参数和储能箱参数的两种辨识算法观测参数变化，其中发电机参数为电感和磁链，储能箱参数为转矩和转动惯量，然后利用辨识值建模以最大程度的消除内外参数变化带来的建模误差；再通过设计自适应反步控制器，求得控制器和描述电阻变化的自适应律；最后将控制信号输入永磁同步发电机全系统数学模型中，实现永磁同步发电机的控制目标； 具体方法包括以下步骤：a.根据机械弹性储能用永磁同步发电机的实际运行参数，建立永磁同步发电装置的全系统数学模型：Tb＝Tbf‑c1δ＝Tbf‑c1ωst其中：u_d，u_q分别为d，q轴定子电压；i_d，i_q分别为d，q轴定子电流；R_s为定子电阻；L_s为定子电感；n_p为极对数；ω_r，为发电机旋转角速度；为永磁磁通；T_b为永磁同步发电机的输入力矩，即储能箱弹性势能提供的外部力矩；J为机械弹性储能机组的转动惯量；D为粘性摩擦系数；T_bf，为涡簧箱储满能量时的扭矩；ω_s为涡簧芯轴的转速；δ是在外力矩T_b的作用下，忽略涡簧厚度对变形角度的影响，转角的增加值；J_e0为涡簧完全拧紧时的转动惯量；n_s为涡簧总的储能圈数；c₁为涡簧扭矩系数，是一个常量，对于矩阵截面的涡簧，E、b、h和L分别表示涡簧材料的弹性模量、宽度、厚度和长度；t是外力矩的作用时间b.设计基于MRAS及Popov超稳定性理论的永磁同步发电机参数辨识算法：其中：和分别为电感和磁链的待辨识值；k_i1、k_i2、k_p1、k_p2是正的PI控制参数；和分别为MRAS辨识模型中的q轴和d轴电流，t为辨识时间，也是外力矩的作用时间；通过以上两式，可辨识出运行过程中永磁同步发电机的电感和磁链实时值c.设计基于模型参考自适应系统(MRAS)及Popov超稳定性理论的涡簧参数辨识算法：式中：和分别为转动惯量和转矩的待辨识值；k_i3、k_i4、k_p3、k_p4是正的PI控制参数；是辨识模型中发电机转速，t为辨识时间；通过以上两式可辨识出时变的转动惯量和动力源转矩d.设计自适应反步控制器ud和uq以及描述电阻变化的自适应律其中：k₁、k₂和k₃是控制器参数；ΔR_s为发电过程电阻参数的扰动，为电阻参数扰动的一阶导数；α＝ω_r‑ω_r^*，是转速的跟踪误差，ω_r^*是转速的跟踪目标值；β＝i_q‑i_q^*，是q轴电流的跟踪误差，i_q^*是q轴电流的跟踪目标值；γ＝i_d‑i_d^*是d轴电流的跟踪误差，i_d^*是d轴电流的跟踪目标值；是r_s为一个有限的正数；是目标控制转速的二阶导数e.将控制器ud和uq作为永磁同步发电机全系统数学模型的输入控制信号，实现对永磁同步发电机的控制。