一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110323974A(43)申请公布日2019.10.11(21)申请号201910726656.4(22)申请日2019.08.07(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人王勃田明赫于泳董清华徐殿国(74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人时起磊(51)Int.Cl.H02P6/08(2016.01)H02P21/18(2016.01)H02P21/13(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图8页(54)发明名称一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法(57)摘要一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法，它属于电机控制技术领域。本发明同时解决了传统永磁同步电机驱动系统中外部扰动和内部扰动造成转速波动的问题。本发明对线性自抗扰控制器进行改进，利用含有准谐振调节器的比例谐振控制器取代原线性自抗扰控制器中的比例控制器，不仅保留了传统线性自抗扰控制器能够有效的观测突变扰动和低频扰动并进行前馈补偿的优点，同时抑制了内部扰动造成的转速波动，实现对系统的高性能控制。相对于传统的比例积分控制器，本发明方法可以使得转速跌落减小55％以及转速波动减小到0.5转内。本发明可以应用于电机控制技术领域。CN110323974ACN110323974A权利要求书1/2页1.一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将电机运动方程改写为状态空间方程，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；步骤二、利用步骤一中新的状态空间方程构建扩张状态观测器，利用扩张状态观测器观测出的总扰动进行前馈补偿；步骤三、设计比例谐振自抗扰控制器实现无稳态静差跟踪参考信号，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所述的一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程为：电机运动方程的表达式如公式(1)所示：式中：ωr为电机的转速，为ωr的一阶导数，J为电机的转动惯量，pn为电机的极对数，TL为电机的负载转矩，B为电机的粘滞系数，isq为q轴电流，ψf是电机的永磁体磁链；将电机运动方程(1)改写为状态空间方程(2)和(3)的形式：f1是电机驱动系统中的未知扰动，f为电机驱动系统中的总扰动；将电机驱动系统中的总扰动扩展为新的状态变量x2，构建新的状态空间方程的表达式如公式(4)所示：式中：x1是电机驱动系统的状态变量，b是控制增益，y为电机驱动系统的输出，u为电机驱动系统速度环的控制量，x2是电机驱动系统中的总扰动扩展成的新状态变量，为x1的一阶导数，为x2的一阶导数，为f的一阶导数。3.根据权利要求2所述的一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤二中构建的扩张状态观测器的表达式为：其中：z1和z2分别是状态变量x1和x2的观测值，和分别是z1和z2的一阶导数，β1、β2均是扩张状态观测器的增益，e是中间变量。2CN110323974A权利要求书2/2页4.根据权利要求3所述的一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程为：对自抗扰控制器的控制率引入准谐振调节器，来对自抗扰控制器的控制率进行修改，即在自抗扰控制器的控制率中，利用两个准谐振调节器并联后，两个准谐振调节器的并联结构再与比例环节并联使用；将引入两个准谐振调节器的自抗扰控制器称为比例谐振自抗扰控制器；且当速度环的转速大于等于给定阈值时，两个准谐振调节器才与比例环节共同工作，在暂态期间时，只有比例环节单独起作用；通过比例谐振自抗扰控制器的设计实现无稳态静差控制，补偿电机驱动系统内部扰动造成的转矩谐波，抑制由于电机驱动系统内部扰动造成的转速周期性波动；修改后的比例谐振自抗扰控制器的控制率如下：其中：为电机的给定转速，ωc为截止频率，kp为比例系数，kr为放大系数，s为时域变量，u0是未补偿的控制量，ω6和ω12分别为两个准谐振调节器的谐振频率，ω6＝6·ωr，ω12＝12·ωr。5.根据权利要求4所述的一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法，其特征在于，所述补偿电机驱动系统内部扰动造成的转矩谐波，包括6次转矩谐波和12次转矩谐波。3CN110323974A说明书1/7页一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法技术领域[0001]本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种基于比例谐振控制器优化的自抗扰控制方法。背景技术[0002]永磁同步电机凭借结构简单，运行可靠，体积小，效率高等显著优点在交流电机调速系统领域中获得广泛应用和不断发展。永磁同步电机无论在驱动能力、控制策略的