CN109617469A - 一种永磁同步电机自抗扰无源控制方法 - Google Patents

一种永磁同步电机自抗扰无源控制方法 Download PDF

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李光
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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Abstract

本发明涉及一种控制方法，具体是一种永磁同步电机自抗扰无源控制方法，包括如下步骤：利用输出反馈使得电动机闭环***特性表现为无源映射，选择不同的输出函数和能量函数，设计多种不同的无源性控制方法。本发明方法基于ADRC理论，设计了ADRC转速外环调节器，该方法从根本上解决了快速性和超调量之间的矛盾，能够降低转速的超调量，抵抗参数摄动与负载扰动的能力，能够保证PMSM转速的准确快速跟踪。

Description

一种永磁同步电机自抗扰无源控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制方法，具体是一种永磁同步电机自抗扰无源控制方法。
背景技术
随着微处理器、电力电子技术及控制理论的飞速发展，尤其是矢量控制技术的问世，使得交流电机的调速性能得到巨大飞跃，交流调速已成为主要调速方式。交流调速电机中常用感应电机、电励磁同步电机以及永磁同步电机等，其中感应电机存在着控制困难，效率低，低速性能差等缺点；电励磁同步电机由于电励磁装置的存在，导致其结构复杂，维护困难，不适于恶劣环境中使用。随着新型永磁材料的出现，永磁同步电机得到重视与发展。
永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Machines，PMSM）具有结构紧凑、功率密度高、运行效率高、转矩纹波小、调速范围宽等优点，通过合理的转子磁路结构设计能够获得良好的转矩/电流特性与弱磁性能。因此，内置式永磁同步电机在航空航天、国防、工农业生产等各个领域得到了越来越广泛的应用，尤其是在电动汽车驱动方面具有很高的应用价值。
永磁同步电机是一个多变量、非线性、强耦合的***。永磁同步电机在运动过程中会受到很多因素的影响，比如：外界负载状态变化、摩擦力扰动或***参数变化等。永磁同步电动机一般采用线性调节规律的控制方法。由于线性化只能局部近似，经过线性化得出的数学模型无法准确地描述***的动、静态过程。实践证明采用线性调节规律的控制方法有很大的局限性，无法适应***参数的变化，也满足不了电机在全局转速—转矩范围内的要求，更无法从根本上解决***的动态与稳态指标之间的矛盾。此外，如果将饱和、磁化、温升等各种影响***特性的因素考虑进来，永磁同步电机的定子电感、转子磁链等电磁参数也是变化的。带有固定参数的设计方法未考虑电机电磁参数的时变规律，只能使其获得固定的平均的运行特性，难以保证电机在宽转速—转矩范围内的运行品质。因此，对于非线性控制策略及其参数辨识方法的研究是解决内置式永磁同步电机非线性控制问题的有效途径。
许多学者将一些先进的非线性控制理论应用于永磁同步电机控制***并取得了一定的研究成果。目前永磁同步电机的非线性控制方法主要有滑模变结构控制、反馈线性化控制、反步控制、无源控制、自抗扰控制等。
滑模变结构控制是一种特殊的非线性控制，具有响应快速、鲁棒性强、设计方法简单等优点。然而，这种控制方法需要根据***状态变化在不同结构的控制律之间进行频繁切换，这将不可避免带来***抖振。因此，如何通过改进趋近律、引入负载转矩观测器等方法削弱***抖振，成为将滑模控制理论应用于实际电机控制***的研究热点。
反馈线性化控制方法旨在利用非线性控制律，将非线性***转换成输入与输出为线性关系的线性***，再由线性理论设计控制器，从而提高***的动、静态特性。这种方法的缺点是：需要***全部状态都是可观测的，需要精确的动态模型，对参数的依赖性大，控制律复杂。
反步控制法的基本思想是将复杂的非线性***分解成不超过***相对阶数的子***，然后将每个子***设计部分Lyapunov函数和中间虚拟控制量，一直“后退”到整个***，将它们集成起来完成整个控制律的设计。反步设计法的缺点是不能对转子磁链进行有效的跟踪，不能对电气参数进行补偿，且计算量大，实时性差。
无源控制策略（Passivity-Based Control，PBC）从电动机的能量入手，寻求与被控制量相关的能量函数，设计的无源控制律可使能量函数按期望的能量函数分布，从而达到控制目的。无源控制从基于能量的观点出发，是一种全局定义且全局稳定的控制策略，对***参数摄动及外部干扰有较强的鲁棒性。
自抗扰控制（Active Disturbances Rejection Controller，ADRC）的核心思想是将***的未建模动态和未知外扰作用都归结为对***的“总扰动”而进行评估并给予补偿。这种控制技术安排过渡过程解决了快速性和超调之间的矛盾，不用反馈也能实现“无静差”，避免了积分反馈的副作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种永磁同步电机自抗扰无源控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种永磁同步电机自抗扰无源控制方法，包括如下步骤：利用输出反馈使得电动机闭环***特性表现为无源映射，选择不同的输出函数和能量函数，设计多种不同的无源性控制方法。
作为本发明进一步的方案：还包括：在定子坐标系下，***的反馈不需要观测器，利用直接输入输出反馈实现***的全局稳定。
作为本发明进一步的方案：还包括：以永磁同步电机的数学模型为基础，然后用数学模型来确立控制***的具体方案，建立内置式永磁同步电机控制***的数学模型。
作为本发明进一步的方案：还包括：采用微分器TD用来实现对***输入信号的快速无超调跟踪，并能对其给出良好的微分信号。
作为本发明进一步的方案：还包括：采用自抗扰控制器把***自身模型的不确定性当作***的内扰，它和***的外扰一起被看作整个***的扰动，不区分内扰和外扰而直接检测它们的综合作用—***的总扰动，通过扩张状态观测器对***的状态和扰动分别进行估计。
作为本发明进一步的方案：还包括：利用非线性控制律获得扰动分量的补偿作用。
作为本发明再进一步的方案：还包括：采用端口受控耗散哈密顿模型，按照互联和阻尼注入设置方法进行能量函数成形，并确定合适的阻尼注入；对于自抗扰控制，首先利用跟踪微分器来跟踪***输入信号，随之给出微分信号，然后通过扩张状态观测器对***干扰进行评估，最后利用非线性状态误差反馈来进行扰动补偿。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）首先从能量方程的角度入手，设计了无源控制的模型，然后通过MTPA的方式确定***的平衡点，设计了电流内环PBC控制器，进而提高***的鲁棒性。（2）基于ADRC理论，设计了ADRC转速外环调节器，该方法从根本上解决了快速性和超调量之间的矛盾，能够降低转速的超调量，抵抗参数摄动与负载扰动的能力，能够保证PMSM转速的准确快速跟踪。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种永磁同步电机自抗扰无源控制方法，包括如下步骤：利用输出反馈使得电动机闭环***特性表现为无源映射，选择不同的输出函数和能量函数，设计多种不同的无源性控制方。
实施例2：
一种永磁同步电机自抗扰无源控制方法，包括如下步骤：利用输出反馈使得电动机闭环***特性表现为无源映射，选择不同的输出函数和能量函数，设计多种不同的无源性控制方；***的反馈不需要观测器，利用直接输入输出反馈实现***的全局稳定；以永磁同步电机的数学模型为基础，然后用数学模型来确立控制***的具体方案，建立内置式永磁同步电机控制***的数学模型。
实施例3：
在实施例2的基础上，本发明方法还包括：采用微分器TD用来实现对***输入信号的快速无超调跟踪，并能对其给出良好的微分信号。
实施例5：
在实施例4的基础上，本发明方法还包括：采用自抗扰控制器把***自身模型的不确定性当作***的内扰，它和***的外扰一起被看作整个***的扰动，不区分内扰和外扰而直接检测它们的综合作用—***的总扰动，通过扩张状态观测器对***的状态和扰动分别进行估计。
实施例6：
在实施例5的基础上，本发明方法还包括：利用非线性控制律获得扰动分量的补偿作用.
实施例7：
在实施例6的基础上，本发明方法还包括：采用端口受控耗散哈密顿模型，按照互联和阻尼注入设置方法进行能量函数成形，并确定合适的阻尼注入；对于自抗扰控制，首先利用跟踪微分器来跟踪***输入信号，随之给出微分信号，然后通过扩张状态观测器对***干扰进行评估，最后利用非线性状态误差反馈来进行扰动补偿。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种永磁同步电机自抗扰无源控制方法，其特征在于，包括如下步骤：利用输出反馈使得电动机闭环***特性表现为无源映射，选择不同的输出函数和能量函数，设计多种不同的无源性控制方法。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机自抗扰无源控制方法，其特征在于，还包括：在定子坐标系下，***的反馈不需要观测器，利用直接输入输出反馈实现***的全局稳定。
3.根据权利要求1所述的永磁同步电机自抗扰无源控制方法，其特征在于，还包括：以永磁同步电机的数学模型为基础，然后用数学模型来确立控制***的具体方案，建立内置式永磁同步电机控制***的数学模型。
4.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机自抗扰无源控制方法，其特征在于，还包括：采用微分器TD用来实现对***输入信号的快速无超调跟踪，并能对其给出良好的微分信号。
5.根据权利要求3所述的永磁同步电机自抗扰无源控制方法，其特征在于，还包括：采用自抗扰控制器把***自身模型的不确定性当作***的内扰，它和***的外扰一起被看作整个***的扰动，不区分内扰和外扰而直接检测它们的综合作用—***的总扰动，通过扩张状态观测器对***的状态和扰动分别进行估计。
6.根据权利要求5所述的永磁同步电机自抗扰无源控制方法，其特征在于，还包括：利用非线性控制律获得扰动分量的补偿作用。
7.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机自抗扰无源控制方法，其特征在于，还包括：采用端口受控耗散哈密顿模型，按照互联和阻尼注入设置方法进行能量函数成形，并确定合适的阻尼注入；对于自抗扰控制，首先利用跟踪微分器来跟踪***输入信号，随之给出微分信号，然后通过扩张状态观测器对***干扰进行评估，最后利用非线性状态误差反馈来进行扰动补偿。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110752806A (zh) * 2019-10-24 2020-02-04 合肥工业大学 改进趋近律的内置式永磁同步电机的滑模转速控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101997470A (zh) * 2010-07-29 2011-03-30 上海应用技术学院 一种双馈感应风力发电机自适应无源性控制方法
CN103051274A (zh) * 2012-11-28 2013-04-17 西安理工大学 基于变阻尼的二自由度永磁同步电机的无源性控制方法
CN103066902A (zh) * 2013-01-24 2013-04-24 河海大学 一种基于负载观测的直流电动机无源控制律实现方法
CN103312255A (zh) * 2013-06-18 2013-09-18 山东大学（威海） 一种永磁同步电机速度控制方法和装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101997470A (zh) * 2010-07-29 2011-03-30 上海应用技术学院 一种双馈感应风力发电机自适应无源性控制方法
CN103051274A (zh) * 2012-11-28 2013-04-17 西安理工大学 基于变阻尼的二自由度永磁同步电机的无源性控制方法
CN103066902A (zh) * 2013-01-24 2013-04-24 河海大学 一种基于负载观测的直流电动机无源控制律实现方法
CN103312255A (zh) * 2013-06-18 2013-09-18 山东大学（威海） 一种永磁同步电机速度控制方法和装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110752806A (zh) * 2019-10-24 2020-02-04 合肥工业大学 改进趋近律的内置式永磁同步电机的滑模转速控制方法
CN110752806B (zh) * 2019-10-24 2021-01-15 合肥工业大学 改进趋近律的内置式永磁同步电机的滑模转速控制方法

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