[发明专利]一种基于ARC的超高速永磁同步电机转速控制方法

权利要求书

1.一种基于ARC的超高速永磁同步电机转速控制方法，其特征在于，使用ARC控制器，根据转子磁链给定值ψ_s^*、电机转速给定值w^*、电机转速反馈w、定子电流在电机两相静止坐标系α-β轴上的分量i_α和i_β、电机电磁转矩T_e、以及定子磁链在电机两相静止坐标系α-β轴上的分量ψ_α和ψ_β此8个控制量得到电压控制量，即定子电压在电机两相静止坐标系α-β轴上的分量u_α、u_β；具体包括以下步骤：

步骤1，建立两相静止坐标系下的超高速永磁同步电机的数学模型，转换成状态方程，并作出相关假设；步骤1具体为：

步骤1-1：建立两相静止坐标系下的超高速永磁同步电机的数学模型，如下式所示，

其中，R_s电机定子电阻，L_d、L_q为定子绕组在电机两相旋转坐标系d-q轴上的等效电感，u_α、u_β、i_α、i_β、ψ_α、ψ_β分别为定子电压、定子电流和定子磁链在电机两相静止坐标系α-β轴上的分量，为定子电压、定子电流和定子磁链在电机两相静止坐标系α-β轴上的分量的导数，ψ为定子磁链，J为机械转动惯量，B为阻转矩阻尼系数，p_n为电机极对数，为转子角速度及其导数，θ为转子的角度，ψ_f为转子磁链，T_l为负载转矩，T_e为电磁转矩，E_α、E_β为磁动势在电机两相静止坐标系α-β轴上的分量；

步骤1-2：引入建模误差和不确定干扰的未知非线性因素对电机数学模型进行优化，确定状态变量并将数学模型转换成状态模型：其中，

首先，在L_d＝L_q的基础上，定义变量如下：

x₁＝ω,x₂＝T_e,x₃＝ψ²,θ₁＝R_s,θ₂＝T_l

a₅＝2ψ_αi_α+2ψ_βi_β,a₆＝2ψ_α,a₇＝2ψ_β

然后，将电机数学模型按下式所示方式进行描述，

式中，不确定参数θ₁、θ₂选取定子电组R_s和负载转矩T_l，即令θ₁＝R_s，θ₂＝T_l；系统状态变量x₁、x₂、x₃为电机转速、电磁转矩和定子磁链平方，为电机转速、电磁转矩和定子磁链平方的导数；Δ₁、Δ₂分别为电磁转矩和定子磁链平方下的模型误差和系统扰动；

步骤1-3：针对电机ARC控制器设计要求，作出以下的假设：

假设1：不确定参数θ＝[θ₁,θ₂]和未知非线性因素Δ_i，i＝1,2均是有界的，即：

式中，δ_i>0为较小的常数、Ω_θ为θ的取值集合，θ_min为不确定参数的最小值矩阵，θ_max为不确定参数的最大值矩阵，θ_1min、θ_2min分别为R_s、T_l的最小值，θ_1max、θ_2max分别为R_s、T_l的最大值；

假设2：系统状态变量x＝[x₁ x₂ x₃]^T可估计得到，系统期望信号即转速设定值和定子磁链设定值平方已知，并且

步骤2，根据电机转速给定值w^*、电机转速反馈值w，设计电机速度环，计算获得电磁转矩给定值其中转速误差e₁＝ω-ω^*，中间变量中间变量中间变量x₂＝T_e为电机电磁转矩，k₁为大于0的可调正数，为负载转矩估计值，ε₁为一大于0的正数，h₁为的上界值，为中间常量，为定子电阻的估计误差，为负载转矩估计误差，T为矩阵的转置，p_n为电机极对数，B为阻转矩阻尼系数，J为机械转动惯量；

步骤3，根据电磁转矩给定值和电磁转矩T_e，定子磁链在电机两相静止坐标系α-β轴上的分量ψ_α和ψ_β，转子磁链给定值ψ_s^*，设计电机转矩环和磁链环，求得控制输出的电压控制量u_α、u_β；

步骤4，根据电压控制量u_α、u_β，结合逆变器对电机进行电压空间矢量控制；

步骤5，重复步骤2-4，直至电机转速达到给定指标。

2.根据权利要求1所述超高速永磁同步电机转速控制方法，其特征在于，步骤3中，电压控制量u_α、u_β的计算方法如下式所示，

其中，a₁～a₇、b₁～b₂为已定义的中间变量，e₁为转速误差、e₂为转矩误差、e₃定子磁链误差；k₁～k₃为大于0的可调正数，分别用于调节转速误差、转矩误差及定子磁链误差的衰减速率；ε₁～ε₃为大于0的常数，分别为用于调节转速环、转矩环及定子磁链环的非线性鲁棒反馈量；x₁～x₃分别为电机转速、电磁转矩和定子磁链平方状态变量，h₁～h₃是中间变量，分别为的上界值，均为中间常量，为参数估计误差，为估计的定子电阻值，为负载转矩估计值。