[发明专利]一种高刚度、免调试的变频调速系统速度环的设计方法

摘要

本发明属于电机调速控制技术领域，具体涉及一种高刚度、免调试的变频调速系统速度环的设计方法，能够应用于电机变频调速控制的场合，该方法采用比例控制结合高鲁棒性观测器的结构替代传统的速度环结构，在无需精确惯量参数的情况下，仍能有效提高系统刚度，在转速指令变化和负载扰动下均能实现较好的转速跟踪，该方法与现有技术相比，速度环调节参数简化为一个，即刚度系数，且在通常工况下均可采用默认值而无需调节，采用本发明公开的无微分环节、无非线性环节之速度环结构，有利于系统稳定和实现，其设计原理构思巧妙，应用环境友好，市场前景广阔。

主权项

1.一种高刚度、免调试的变频调速系统速度环的设计方法，其特征在于其具体技术方案如下：S1、给定参考转速并通过编码器采样或无位置传感器观测等方法得到当前反馈转速其中为电角频率给定，的获得方式如下：在速度控制系统中，参考转速是人为设定的；而在包括位置控制在内的系统中，参考转速是控制系统根据包括位置给定在内的其它人为设定的参数计算得到的；为电角频率反馈，由编码器反馈的机械角角频率乘以极对数p得到，或通过无位置传感器控制技术观测得到；S2、根据参考转速与当前反馈转速之差乘以得到加速转矩T_Acc，即其中T_Max为电机在额定转速(定义为基值转速)ω_rN下的峰值转矩，即额定转矩T_N和允许的过载倍数γ_Ov的乘积，r_f定义为刚度系数，无量纲；r_f的取值范围为0.01≤r_f≤100；通常情况下，r_f＝1即可满足大多数工况要求；k_f定义为转矩比例系数，即转速偏差对应的加速转矩的比例；S3、根据反馈电流，估计电磁转矩对于永磁电机，对于同步磁阻电机，对于感应电机，其中为永磁电机的空载磁链，为永磁电机或同步磁阻电机的空载直交轴电感，为感应电机的空载互感和转子电感，p为电机极对数；i_d^fdb和i_q^fdb分别为d轴电流反馈和q轴电流反馈，其通过采集电机定子电流以及转子电角度位置后，经Park变换得到；S4、基于线性扩张状态观测器，得到观测的负载转矩观测器结构如下：其中ε为观测反馈转速与实际反馈转速之差，k_p1、k_p2为观测器参数；为估计的系统惯量，其与实际系统惯量的偏差应在3个数量级以内，其中可以通过包括惯量辨识算法在内的手段估计得到；该观测器的闭环传递函数为设其中ζ为观测器的阻尼系数，无量纲；ω3dB为观测器的带宽(增益‑3dB)，s为拉普拉斯算子，wn是自振荡角频率，由此得到观测器增益系数：kp1＝2ζωn，kp2＝ωn2观测器带宽ω3dB的取值范围为0＜ω3dB≤0.126fCur，fCur为电流内环的执行频率；观测器阻尼系数ζ的取值范围为0.5≤ζ≤2，无量纲；S5、将加速转矩T_Acc和观测的负载转矩相加，得到速度环输出，即参考转矩S6、根据电机类型和实际工况要求，将参考转矩折算成电流，并进一步分配为直交轴参考电流至此，执行完成一个速度环周期。