[发明专利]非调和谐波干扰下的带有机械弹性储能的永磁电动机组控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种带有机械弹性储能的永磁同步电机控制方法，属于电机技术领域。 

背景技术

储能技术对于解决当前新能源入网、调峰调频等问题，保证电网供需平衡、维护系统稳定，都具有十分重要的现实意义。在深入研究机械涡簧弹性储能(Mechanical Elastic Energy Storage, MEES)原理的基础上，技术人员提出了永磁电机式机械弹性储能方法，永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor, PMSM)具有功率密度大、效率高、电磁转矩大、体积小、响应速度快等优点，是该方法储能机组伺服系统的最优选择。由于机组的机电耦合特性以及永磁同步电机(PMSM)的非线性特征，该储能方式需要解决的关键技术问题之一就是机组的非线性控制问题。永磁电机式机械弹性储能机组在储能运行时，涡簧弹性扭矩和转动惯量的不断变化，将对伺服系统的性能造成不良影响。加之PMSM本身具有非线性、强耦合以及时变性等特点，特别是机组并网储能运行时，机组将时常遭受到非线性外部干扰，常规参数固定的PID控制器适应性将变差，很难满足高精度伺服系统的控制要求。因此，在带有机械弹性储能的永磁电动机组储能运行时，设计一种控制方法，能够保证在外部非调和谐波干扰下，永磁同步电机输出的转速保持基本恒定具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种非调和谐波干扰下的带有机械弹性储能的永磁电动机组控制方法。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种非调和谐波干扰下的带有机械弹性储能的永磁电动机组控制方法，所述永磁电动机组包括永磁同步电机、齿轮变速箱和用作机械弹性储能的涡簧箱，所述控制方法首先建立包含永磁同步电机、齿轮变速箱和涡簧箱的永磁电动机组的全系统数学模型，然后针对由非线性外部系统：                                                （其中，矩阵，，为充分光滑的函数，且，）产生的非线性扰动，设计非线性内模方程：

其中，为外部系统产生的信号，为状态变量，为控制输入，和均为已知的光滑向量场，为一适当维数的矩阵，，为Hurwitz矩阵，为非奇异矩阵，为矩阵，为光滑函数，

状态反馈控制器设计为：

其中，为多变量干扰系统的标称系统的状态反馈控制律，；

其中：v₁、v₂分别为作用于d轴、q轴的非调和谐波干扰信号，a、b为大于零的常数，A₁₁、A₂₁、A₁₂、A₂₂为矩阵参数，、、、、、、、均为一定维数的矩阵，c₁、c₂、c₃为常数，、为原多变量干扰系统的无扰动标称系统的镇定律，、为光滑函数，F₁、F₂为Hurwitz矩阵，q₁、q₂为矩阵参数，、为Sylvester方程的非奇异解，u₁、u₂为控制电压，u_d、u_q为永磁电动机定子电压的d、q轴分量，ω_m为电机输出的角速度；

控制按如下步骤进行：