[发明专利]基于摩擦和扰动补偿的PMSM伺服系统控制方法

权利要求书

1.一种基于摩擦和扰动补偿的PMSM伺服系统控制方法，其特征在于：首先采集PMSM伺服系统的转子位置信号、电机电流信号和转速信号，然后，根据电机电流信号和转速信号，利用Stribeck摩擦模型对PMSM伺服系统摩擦进行建模，以获取摩擦力矩等效电流，并将该摩擦力矩等效电流作为系统的摩擦前馈补偿量，同时，将转子位置信号作为二阶自抗扰控制器的反馈信号，结合该二阶自抗扰控制器的扰动补偿前馈控制以及带有跟踪微分器的非线性反馈控制，实现永磁同步电机伺服系统在摩擦和扰动影响下的控制。

2.根据权利要求1所述基于摩擦和扰动补偿的PMSM伺服系统控制方法，其特征在于：所述Stribeck摩擦模型中，各摩擦参数采用遗传算法进行离线辨识，所述摩擦前馈补偿量为前述所得离线辨识模型的摩擦力矩等效电流估计值 

3.根据权利要求1所述基于摩擦和扰动补偿的PMSM伺服系统控制方法，其特征在于：所述二阶自抗扰控制器包括跟踪微分器、扩张状态观测器以及非线性控制律，所述微分跟踪器和非线性控制律为给定的位置信号安排过渡过程；所述扩张状态观测器观测和补偿摩擦前馈补偿量的过补偿或欠补偿、所述PMSM伺服系统摩擦建模误差所产生的不确定性以及外界扰动；以维持所述PMSM伺服系统的稳定性和有限时间收敛。

4.根据权利要求3所述基于摩擦和扰动补偿的PMSM伺服系统控制方法，其特征在于：所述跟踪微分器基于以下公式建立：

其中，θ^*为给定的转子位置信号，v₁为对θ^*安排的过渡过程；v₂为v₁对时间t的导数； 和 分别为v₁和v₂对时间t的导数；R为可调参数；ξ为阻尼系数。

5.根据权利要求3所述基于摩擦和扰动补偿的PMSM伺服系统控制方法，其特征在于：所述扩张状态观测器基于以下公式建立：

式中，θ为电机转子位置信号；z₁为电机转子位置信号θ的估计值，z₂为实际位置对时间t的导数的估计值，z₃为系统扰动a(t)的估计值， F为 系统摩擦力矩； 为系统摩擦力矩的估计值，J为电机与负载转动惯量之和，T_L为负载转矩， b₀是b的估计值， ψ_f为永久磁铁对应的转子磁链，n_p为永磁同步电机的极对数，i_q是dq坐标系中的电枢电流分量； 和 分别为z₁、z₂和z₃对时间t的导数；-p为扩张状态观测器期望的闭环极点(p＞0)。

6.根据权利要求3所述基于摩擦和扰动补偿的PMSM伺服系统控制方法，其特征在于：所述非线性控制律基于以下公式建立：

式中θ^*为给定的转子位置信号，v₁为对θ^*安排的过渡过程，K_p，K_d分别为自抗扰控制器比例增益和微分增益，K_p，K_d＞0，1＞α＞0，β＝2α/(α+1)，sig^α(v₁-z₁)＝|v₁-z₁|^αsign(v₁-z₁)，sig^β(v₂-z₂)＝|v₂-z₂|^βsign(v₂-z₂)，sign(·)为符号函数；b₀是b的估计值， n_p为永磁同步电机的极对数，ψ_f为电机永久磁铁对应的转子磁链；J为电机与负载转动惯量之和； 为系统摩擦力矩的估计值；i_A为ADRC控制器的输出。