[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

说明书

本发明涉及一种基于ARC的超高速永磁同步电机转速控制方法。ARC控制器设计包括：建立电机数学模型，转换成状态方程，作出相关假设，进行电机速度环、转矩和磁链环设计，最终求得电压控制量；将电压控制量作用于SVPWM模块，进而控制电机转速。本发明提高了电机系统的鲁棒性和控制精度，有效实现超高速永磁同步电机平稳、可靠的转速控制。

技术领域

本发明属于电机智能控制技术领域，特别是一种基于ARC的超高速永磁同步电机转速控制方法。

背景技术

现代工业对整个社会和国民经济的发展起到了关键性的支撑作用，随着科学技术的发展，超高速加工和超精度加工成为未来工业的两大发展方向，这就要求极高的生产率和加工质量，普通电机无法满足这些加工要求，人们对超高速电机需求日益剧增，其在工业制造、航空航天、能源、医疗和国防等领域的应用愈来愈广泛，具有广阔的应用前景。超高速永磁同步电机及其驱动控制技术成为了当前国内外电工相关领域的研究热点。

目前在实际工程中，常将传统PID控制器用于超高速永磁同步电机控制系统中，但是传统的PID控制器适合于低阶线性系统，针对超高速电机这样的强耦合、高阶的非线性复杂系统，较难达到高性能的控制指标。因为电机在超高速情况下的负载转矩扰动，以及在无传感器技术下的转速估计的精确程度增大了系统的扰动量，都会对电机转速的稳定性产生影响；同时电机高速运转时的温升使得电阻、电感等参数发生变化，这些参数的不确定性对对超高速电机的动力学和运动特性产生显著影响，进而影响电机控制整体性能。所以需要采用自适应性强、鲁棒性强、稳定性好的控制策略来控制电机转速。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ARC的超高速永磁同步电机控制方法，针对超高速永磁同步电机非线性、参数不确定性、负载扰动等因素，采用自适应鲁棒控制器(ARC)对电机转速进行控制，提高了电机系统的鲁棒性和控制性能。

解决上述技术问题的技术方案为：一种基于ARC的超高速永磁同步电机转速控制方法，在直接转矩控制的基础上，辅以ARC控制器，使电机在负载扰动时转速得到稳定的控制；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，中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；