一种基于高通滤波线性反馈控制器优化的自抗扰控制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115037217A(43)申请公布日2022.09.09(21)申请号202210225357.4(22)申请日2022.03.09(71)申请人东南大学地址210096江苏省南京市玄武区新街口街道四牌楼2号(72)发明人房淑华万鹏何诣婷(74)专利代理机构北京同辉知识产权代理事务所(普通合伙)11357专利代理师张恩慧(51)Int.Cl.H02P23/00(2016.01)H02P23/03(2006.01)H02P23/04(2006.01)H02P23/12(2006.01)H02P25/022(2016.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种基于高通滤波线性反馈控制器优化的自抗扰控制方法(57)摘要本发明涉及电机控制技术领域，具体的是一种基于高通滤波线性反馈控制器优化的自抗扰控制方法，包括以下步骤：S1、基于电机运动方程得到状态空间方程，将电机驱动系统中的总扰动扩展为新的状态变量，根据新的状态变量构建新的状态空间方程；S2、由新的状态空间方程构建扩张状态观测器，利用观测器观测出的转速反馈值和总扰动，利用总扰动进行前馈补偿；S3、设计高通滤波器、线性反馈控制器实现转速参考信号跟踪，抑制由于电机驱动系统内部扰动造成的转速周期性波动。本发明保留了线性ESO的整定参数较少的特点，减小了转速波动，降低了电机低速运行时转速中的谐波含量，使系统能够兼顾跟踪性能和抗扰性能，可以使得转速波动范围和谐波含量同时减小。CN115037217ACN115037217A权利要求书1/2页1.一种基于高通滤波线性反馈控制器优化的自抗扰控制方法，其特征在于，所述自抗扰控制方法包括以下步骤：S1、基于电机运动方程得到状态空间方程，将电机驱动系统中的总扰动扩展为新的状态变量，根据新的状态变量构建新的状态空间方程；S2、由新的状态空间方程构建扩张状态观测器，利用观测器观测出的转速反馈值和总扰动，利用总扰动进行前馈补偿；S3、设计高通滤波器、线性反馈控制器实现转速参考信号跟踪，抑制由于电机驱动系统内部扰动造成的转速周期性波动。2.根据权利要求1所述的一种基于高通滤波线性反馈控制器优化的自抗扰控制方法，其特征在于，所述S1具体实施方式如下：电机的运动方程表达式为：式中，ωr为电机的转速，J为电机的转动惯量，np为电机的极对数，ψf是电机的永磁体磁链，iq为q轴电流，TL为电机的负载转矩，B为电机的粘滞系数，f1是电机驱动系统中的未知扰动，其中，为电机系统的总扰动；将电机的总扰动f扩张为新的状态变量x2，构建新的状态空间方程的表达式为：式中：x1，x2是系统的状态变量，b是控制增益，u是电机驱动系统速度环的控制量，y为电机驱动系统的输出，且x1＝ωr，x2＝f，3.根据权利要求2所述的一种基于高通滤波线性反馈控制器优化的自抗扰控制方法，其特征在于，所述S2的具体实施方式如下：根据状态空间方程，对二阶系统建立对应的扩张状态观测器为：式中：β1，β2是扩张状态观测器的增益，z1，z2分别是状态变量x1，x2的观测值，e是中间变量。4.根据权利要求3所述的一种基于高通滤波线性反馈控制器优化的自抗扰控制方法，其特征在于，所述S2中采用带宽法确定观测器的增益：令β1＝2ωb,其中β1,β2是扩张状态观测器的增益，ωb是扩张状态观测器的带宽，根据系统动态性能的要求确定扩张状态观测器的带宽，从而确定观测器的增益，选择合适的扩张状态观测器增益，利用扩张状态观测器观测出的总扰动进行前馈补偿。2CN115037217A权利要求书2/2页5.根据权利要求1所述的一种基于高通滤波线性反馈控制器优化的自抗扰控制方法，其特征在于，所述S3中的具体过程如下：利用高通滤波器提取转速反馈值中的高频信号，将其与原有反馈信号叠加，消除高频干扰，抑制电机控制系统中各类扰动造成的转速周期性波动，设计比例控制器实现无稳态静差控制；所采用的自抗扰控制器的控制率如下：*式中：ω为给定转速，kp为比例系数，kb和ω0为高通滤波器的增益和截止频率，u0是未补偿的控制量。6.根据权利要求5所述的一种基于高通滤波线性反馈控制器优化的自抗扰控制方法，其特征在于，所述S3中得到扰动观测值z2和实际扰动f之间的传递函数：进而得到如下表达式：3CN115037217A说明书1/5页一种基于高通滤波线性反馈控制器优化的自抗扰控制方法技术领域[0001]本发明涉及电机控制技术领域，具体的是一种基于高通滤波线性反馈控制器优化的自抗扰控制方法。背景技术[0002]永磁同步电机具有结构简单，运行损耗低，功率密度高等优点，在低速伺服领域获得广泛应用和不断发展。在低速运行时，永磁同步电机本身的摩擦、齿槽转矩、负载转矩波动、反馈元件的误差等非线性因素影