[发明专利]一种永磁同步电机转速波动抑制方法

摘要

本发明公开了一种永磁同步电机转速波动抑制方法，通过设计的状态观测器观测负载扰动下电机转速的波动量，利用设计的观测器增益和滤波器得到等价的负载扰动，等价的负载扰动作用于电机系统，电机系统产生与负载扰动相反的转速波动，从而抵消电机负载扰动下的转速波动。本发明在id＝0矢量控制系统的基础上，设计状态观测器、观测器增益和滤波器得到等价的输入负载扰动，抵消负载扰动带来的转速波动，通过仿真实验表明：基于等价输入干扰算法的电机转速波动抑制方法能够快速响应转速波动，能够有效抑制周期负载信号、阶跃负载信号以及不规则负载信号带来的转动波动，实现调速系统的高精度控制。

主权项

1.一种永磁同步电机转速波动抑制方法，特征在于：通过设计的状态观测器观测负载扰动下电机转速的波动量，利用设计的观测器增益和滤波器得到等价的负载扰动，等价的负载扰动作用于电机系统，电机系统产生与负载扰动相反的转速波动，从而抵消电机负载扰动下的转速波动；所述抑制方法包括：S1、建立电机旋转坐标系下数学模型，模型为：其中，u_d、u_q分别为旋转坐标系下直轴电压和交轴电压；i_d、i_q分别为旋转坐标系下直轴电流和交轴电流；r为电机的内阻；L_d、L_q分别为旋转坐标系下直轴电感和交轴电感；P_m为电机的极对数；w为电机转速；为电机磁通量；T_e为电磁转矩；J为电机转动惯量；TL为电机负载扰动，b为阻尼系数；S2、设计状态观测器，计算状态观测器的增益L，由状态观测器观测电机在负载扰动下的状态变量，计算状态变量与电机期望状态变量的差值，经状态观测器增益L使得扰动量快速收敛于稳定值，然后通过变换矩阵B⁺输出负载扰动引起的波动量，其中，B⁺＝(B^TB)^‑1B^T，B为电机状态空间矩阵；其中状态观测器的设计包括：通过采用i_d＝0矢量控制策略优化电机系统的模型，得电机的状态空间表达式：y＝CxC＝[0 1]采用对偶原理得到电机系统的对偶系统，其状态空间表达式为：y＝B^TxA^T、B^T、C^T为电机状态空间矩阵A、B、C的转置矩阵，U_q为电机交轴电压量即输入量，x为状态变量，y为输出量；增益L的计算为：以线性二次最优控制的性能指标为对偶系统的约束条件，求得增益L；约束条件为：其中Q₁、R₁为状态加权矩阵，ρ为调节参数，J_Lmin为性能指标的输出量；S3、设计滤波器，计算滤波器的时间常数、滤波器的增益，矩阵B⁺输出负载扰动引起的波动量经滤波器调节、滤波得到等价的负载扰动，等价的负载扰动反作用于电机系统，其作用于电机系统的产生的转速波动与负载扰动产生的转速波动等价且效果相反，从而抑制电机负载扰动下的转速波动，其中，滤波器为低通滤波器，滤波器的函数表达式为：T₁为滤波器时间常数，K为滤波器增益；其中，T₁≤1/(5w_r)，w_r为负载扰动信号的最高频率；滤波器增益K的值满足等价的负载扰动作用于电机系统时电机的稳定转速等效于负载作用于系统时电机的稳定转速；电机系统包括双闭环控制系统，等价的负载扰动作用于双闭环控制系统以控制电机转动速度，其中双闭环控制系统为电流闭环控制系统、转速闭环控制系统。