本發(fā)明涉及控制，尤其涉及一種永磁同步電機(jī)的自抗擾控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)因其高剛度、高負(fù)載能力和靈活運(yùn)動(dòng)能力，以及沒(méi)有過(guò)頂盲區(qū)問(wèn)題，在光電望遠(yuǎn)鏡和地面站天線跟蹤以及精密制造等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，并且在軍事和民用領(lǐng)域有著極為廣闊的前景。球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，具有非線性，強(qiáng)耦合，空間多自由度等特征，并且負(fù)載特性和機(jī)構(gòu)自身運(yùn)動(dòng)特性是時(shí)變的，負(fù)載實(shí)時(shí)變化特性難以準(zhǔn)確測(cè)量，因此實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的控制具有較大的難度。此外，對(duì)于光電望遠(yuǎn)鏡的精密跟蹤控制，由于球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性和包括風(fēng)載擾動(dòng)在內(nèi)的外界干擾以及模型參數(shù)隨工作環(huán)節(jié)不斷變化使得傳統(tǒng)控制方法難以實(shí)現(xiàn)高精度控制。永磁同步電機(jī)以其高效率和良好的動(dòng)態(tài)性能成為球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的理想驅(qū)動(dòng)源。對(duì)于單個(gè)永磁伺服系統(tǒng)來(lái)講，其負(fù)載特性隨著并聯(lián)機(jī)構(gòu)的姿態(tài)變化而呈現(xiàn)非線性改變，因此對(duì)負(fù)載干擾的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確估計(jì)是極其有必要的。我們既需要保證快速閉環(huán)的永磁伺服響應(yīng)，又要保證控制性能、抗干擾能力以及低速狀態(tài)下的可靠性，這些對(duì)基于球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的光電精密跟蹤至關(guān)重要的。因此，為了克服永磁同步電機(jī)的內(nèi)部和外部干擾，實(shí)現(xiàn)球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的精準(zhǔn)位置控制，永磁同步電機(jī)的自抗擾控制算法因其具備優(yōu)良的抗干擾能力，能夠?qū)崟r(shí)估計(jì)并消除總干擾，成為處理永磁同步電機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)的首選控制算法。然而，傳統(tǒng)永磁同步電機(jī)的自抗擾控制律基于比例控制的跟蹤效果不佳，跟蹤誤差較大等缺點(diǎn)。

2、為了克服這些缺陷，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N永磁同步電機(jī)的自抗擾控制方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的是提供一種永磁同步電機(jī)的自抗擾控制方法及系統(tǒng)，旨在解決上述的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┤缦录夹g(shù)方案：

3、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N永磁同步電機(jī)的自抗擾控制方法，包括：

4、建立永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩模型和永磁同步電機(jī)等效控制模型；

5、根據(jù)所述永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩模型建立三階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，得到位置信號(hào)、速度信號(hào)和總干擾的估計(jì)值；

6、通過(guò)所述位置信號(hào)、速度信號(hào)和總干擾估計(jì)值設(shè)計(jì)控制律，對(duì)永磁同步電機(jī)的位置進(jìn)行控制。

7、進(jìn)一步的，所述永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩模型包括運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩；

8、所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方程表示為：

9、

10、其中j為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ωm(t)為永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速反饋；θm(t)為永磁同步電機(jī)輸出位置的角度；tl為負(fù)載力矩；b為粘滯摩擦系數(shù)；te(t)為電磁轉(zhuǎn)矩；

11、所述電磁轉(zhuǎn)矩te(t)的表達(dá)式為：

12、te(t)＝ktiq(t)

13、其中kt為電磁轉(zhuǎn)矩系數(shù)；iq(t)是q軸電流。

14、進(jìn)一步的，所述永磁同步電機(jī)等效控制模型為位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的三環(huán)控制器結(jié)構(gòu)，其中位置環(huán)和速度環(huán)采用自抗擾控制器；

15、電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)的表達(dá)式為：

16、

17、其中k1代表電流環(huán)帶寬；s為拉普拉斯算子

18、電磁轉(zhuǎn)矩和速度之間的傳遞函數(shù)表示為：

19、

20、通過(guò)低通濾波器抑制速度的噪聲，濾波器的表達(dá)式為：

21、

22、其中kf為低通濾波器的帶寬。

23、進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩模型建立三階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，得到位置信號(hào)、速度信號(hào)和總干擾的估計(jì)值的步驟中，具體包括下述步驟：

24、根據(jù)所述永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩模型，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方程重寫為：

25、

26、其中b0＝kt/j；fd(t)為永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的總干擾；

27、所述三階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的表達(dá)式為：

28、

29、其中分別為位置信號(hào)，速度信號(hào)和總干擾的估計(jì)值；l1,l2,l3為三階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的增益參數(shù)，表達(dá)式為：

30、

31、其中ωo為三階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的帶寬。

32、進(jìn)一步的，所述通過(guò)所述位置信號(hào)、速度信號(hào)和總干擾估計(jì)值設(shè)計(jì)控制律，對(duì)永磁同步電機(jī)的位置進(jìn)行控制的步驟中，具體包括下述步驟：

33、采用位置參考二次微分前饋和位置誤差微分前饋復(fù)合的控制律，具體表達(dá)式為：

34、

35、其中為位置參考信號(hào)；s為拉普拉斯算子；kp和kd為控制律的兩個(gè)增益系數(shù)。

36、本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N永磁同步電機(jī)的自抗擾控制系統(tǒng)，包括：

37、模型建立模塊：建立永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩模型和永磁同步電機(jī)等效控制模型；

38、獲取模塊：根據(jù)所述永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩模型建立三階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，得到位置信號(hào)、速度信號(hào)和總干擾的估計(jì)值；

39、控制模塊：通過(guò)所述位置信號(hào)、速度信號(hào)和總干擾估計(jì)值設(shè)計(jì)控制律，對(duì)永磁同步電機(jī)的位置進(jìn)行控制。

40、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N設(shè)備，所述設(shè)備包括處理器、與所述處理器耦接的存儲(chǔ)器，其中，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有用于實(shí)現(xiàn)一種永磁同步電機(jī)的自抗擾控制方法的程序指令；所述處理器用于執(zhí)行所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的所述程序指令以實(shí)現(xiàn)一種永磁同步電機(jī)的自抗擾控制。

41、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)有處理器可運(yùn)行的程序指令，所述程序指令用于執(zhí)行一種永磁同步電機(jī)的自抗擾控制方法。

42、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N永磁同步電機(jī)的自抗擾控制方法及系統(tǒng)，具有以下有益效果：

43、(1)本申請(qǐng)通過(guò)引入擾動(dòng)觀測(cè)器，實(shí)時(shí)估計(jì)和補(bǔ)償這些擾動(dòng)信號(hào)，有效抑制外界干擾對(duì)永磁同步電機(jī)系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)的抗干擾能力；

44、(2)采用一種基于傳統(tǒng)控制律的位置參考二次微分前饋和位置誤差微分前饋復(fù)合的新型控制律，更精確地控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，減少誤差和波動(dòng)，提高系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性，特別是在負(fù)載變化或環(huán)境變化較大的情況下，仍能保持良好的控制性能；

45、(3)通過(guò)建立三階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，對(duì)總干擾進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，同時(shí)抑制消除并聯(lián)機(jī)構(gòu)和電機(jī)系統(tǒng)的時(shí)變干擾和耦合以及模型不確定性等，從而實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)的精確位置控制和并聯(lián)機(jī)構(gòu)的精準(zhǔn)姿態(tài)控制。

技術(shù)特征：

1.一種永磁同步電機(jī)的自抗擾控制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機(jī)的自抗擾控制方法，其特征在于，所述永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩模型包括運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機(jī)的自抗擾控制方法，其特征在于，所述永磁同步電機(jī)等效控制模型為位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)的三環(huán)控制器結(jié)構(gòu)，其中位置環(huán)和速度環(huán)采用自抗擾控制器；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機(jī)的自抗擾控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩模型建立三階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，得到位置信號(hào)、速度信號(hào)和總干擾的估計(jì)值的步驟中，具體包括下述步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機(jī)的自抗擾控制方法，其特征在于，所述通過(guò)所述位置信號(hào)、速度信號(hào)和總干擾估計(jì)值設(shè)計(jì)控制律，對(duì)永磁同步電機(jī)的位置進(jìn)行控制的步驟中，具體包括下述步驟：

6.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種永磁同步電機(jī)的自抗擾控制方法的系統(tǒng)，其特征在于，包括：

7.一種設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括處理器、與所述處理器耦接的存儲(chǔ)器，其中，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種永磁同步電機(jī)的自抗擾控制方法的程序指令；所述處理器用于執(zhí)行所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的所述程序指令以實(shí)現(xiàn)一種永磁同步電機(jī)的自抗擾控制。

8.一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，存儲(chǔ)有處理器可運(yùn)行的程序指令，所述程序指令用于執(zhí)行權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種永磁同步電機(jī)的自抗擾控制方法。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種永磁同步電機(jī)的自抗擾控制方法及系統(tǒng)，運(yùn)用于控制技術(shù)領(lǐng)域，其方法包括：建立永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩模型和永磁同步電機(jī)等效控制模型；根據(jù)所述永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩模型建立三階擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器，得到位置信號(hào)、速度信號(hào)和總干擾的估計(jì)值；通過(guò)所述位置信號(hào)、速度信號(hào)和總干擾估計(jì)值設(shè)計(jì)控制律，對(duì)永磁同步電機(jī)的位置進(jìn)行控制。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧永停,曹海洋,劉秀峰,王建立
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23