[发明专利]一种永磁同步电机非光滑自适应直接转矩控制方法和系统

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机非光滑自适应直接转矩控制方法和系统，属于电机控制领域。为了提高永磁同步电机控制系统的动态速度跟踪性能以及抗干扰能力，本发明提供了一种永磁同步电机非光滑自适应直接转矩控制方法和系统。该方案在直接转矩控制框架下，通过将非光滑自适应控制器与二阶扩张状态观测器的结合，提高了永磁同步电机的转速收敛速度和抗扰动性能，有效地避免了电机运行过程中由参数摄动带来的影响，保证了较好的动态稳定性。该复合控制系统具有结构简洁、计算复杂度低，且易于实现等优点。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制系统领域，提出了一种永磁同步电机非光滑自适应直接转矩控制方法和系统。

背景技术

永磁同步电动机(PMSM)因其具有体积小、重量轻、功率密度高等优点，被广泛应用于航空航天，电动汽车，数控机床等具有高控制精度要求的领域。永磁同步电机的控制策略主要包括：矢量(磁场定向)控制(Field Oriented Control/Vector Control)，直接转矩控制(Direct Torque Control)和变压变频控制(Variable Voltage Variable Frequency)。其中，直接转矩控制技术直接以转矩作为控制目标，无需复杂的坐标变换，设计电机参数少，鲁棒性强，算法简单，转矩动态响应快，应用较为广泛。

为了在永磁同步电机直接转矩控制系统运行过程中实现对速度的高精度控制，高性能的PMSM驱动系统必须具有良好的动态速度跟踪性能和抗扰动能力。在传统的永磁同步电机直接转矩控制系统中通常采用PI(比例积分)控制器来对电机的速度环进行控制，但这种传统的线性控制器难以克服如参数不确定性和外界负载扰动等干扰对电机运行的影响，不能很好地兼顾系统对动态响应和抗干扰能力的要求。针对上述问题，有限时间控制技术已日益成为电机驱动控制领域的研究热点，该控制技术即使在系统受到外界干扰的的情况下依然具有良好的抗扰动特性和较好的转速收敛特性同时可以抑制电机运行过程中由参数摄动带来的问题。另一方面，在永磁同步电机的运行过程中的外界扰动不可避免的会影响控制系统的快速性和稳定性，若控制器不考虑相应的前馈控制设计对闭环系统进行补偿，则会造成闭环系统的性能下降。

中国专利申请，申请号CN201910680209.X，公开日2019年10月25日，公开了一种内置式永磁同步电机抗干扰控制器及其控制方法，该发明为了提高内置式永磁同步电机的动态响应和抗干扰性能，将内置式永磁同步电机的外部负载和内部不确定部分作为系统的总扰动，通过调节两个控制参数β和δ进行幂运算和比例运算使针对电机系统设计的非线性观测器能观测出电机控制系统中的转速、位置和集总扰动等状态量，并将观测器输出作为速度控制器的输入以对扰动进行补偿。本发明不足之处在于，虽然减少了可调参数的数量，但是电机在运行过程中转速收敛到参考值的时间较长。

中国专利申请，申请号CN201811630315.9，公开日2018年3月8日，公开了一种基于趋近律和扰动观测补偿的永磁同步电机滑模控制方法。该发明设计了一种趋近律算法，并将其应用到滑模变结构中的速度控制器设计中；同时将饱和函数用于扰动观测器控制律中改进扰动观测器，将扰动观测器观测到的值补偿到所述速度控制器中，形成一种基于趋近律和扰动观测补偿的永磁同步电机滑模控制策略。在基于该策略的永磁同步电机矢量控制系统中采用转速-电流双闭环控制结构，针对滑模控制中的抖振以及抗干扰性问题，在常规滑模速度控制器的基础上加入加入积分滑模面和扰动观测器以抑制负载变化带来的扰动提高系统的动态响应。该发明的不足之处在于，所设计的趋近律不能完全解决滑模控制系统中的抖振问题，容易影响电机控制系统的控制精度，且控制系统中的可调参数的数量较多，提高了参数调节的复杂性。

发明内容

1.要解决的技术问题

为了提高永磁同步电机控制系统的动态速度跟踪性能以及抗干扰能力，本发明提供了一种永磁同步电机非光滑自适应直接转矩控制方法和系统，通过非光滑自适应控制器和扩张状态观测器的结合，抑制了参数摄动对电机控制的影响，提高了永磁同步电机的转速收敛速度和抗扰动性能，保证了较好的动态稳定性，结构简洁、计算复杂度低，且易于实现。