[发明专利]一种基于状态空间的永磁电机比例谐振控制器设计方法

权利要求书

1.一种基于状态空间的永磁电机比例谐振控制器设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

由永磁电机定子电压方程推导得到永磁电机电流环连续状态空间表达式；

在状态反馈控制结构中加入包含谐振积分器的反馈回路，确定积分器引入的积分状态，并相应地扩张永磁电机电流环连续状态空间表达式，使永磁电机电流环系统模型包含积分状态；

根据状态反馈控制结构确定控制律，结合控制律和扩张后的状态空间表达式，得到电机电流闭环系统的状态空间表达式；

对谐振控制器进行离散化处理，获取可以用在实际数字控制系统的比例谐振控制器；

在状态反馈控制结构中加入电流环谐振控制器输出限幅和抑制积分饱和策略；

根据电机电流闭环系统的设计要求，配置闭环零极点，结合电机电流闭环系统的状态空间表达式进一步对所设计的电机电流环控制器进行参数整定。

2.根据权利要求1所述的一种基于状态空间的永磁电机比例谐振控制器设计方法，其特征在于，所述扩张后的状态空间表达式具体为：

其中，i_ref为电流参考值，i为实际定子电流，u_e为感应电动势矢量，u_c为定子电压矢量；x_I1和x_I2表示积分器引入的两个积分状态；ω₀为被跟踪交流信号的角频率；

式中，φ＝-R_f/L_f，τ＝1/L_f，电阻R_f和电感L_f等效地表示被控对象，x_a是扩张后的状态变量矩阵，Φ_a、Γ_ca、Γ_ra以及Γ_ea均用于表示电流环开环控制系统的参数矩阵，H_a表示输出矩阵。

3.根据权利要求2所述的一种基于状态空间的永磁电机比例谐振控制器设计方法，其特征在于，所述控制律具体为：

其中，K_a表示扩张状态后的状态反馈增益矩阵；kn表示参考电流前馈增益，k表示扩张积分状态前的原状态反馈增益；

式中，积分状态x_I＝[x_I1 x_I2]^T，积分状态增益K_I＝[k_I1 k_I2]。

4.根据权利要求3所述的一种基于状态空间的永磁电机比例谐振控制器设计方法，其特征在于，所述电机电流闭环系统的状态空间表达式具体为：

5.根据权利要求2所述的一种基于状态空间的永磁电机比例谐振控制器设计方法，其特征在于，所述根据电机电流闭环系统的设计要求，配置闭环零极点具体为：

为了在输入正弦参考信号时使系统获得误差信号：

其中，α_c是系统的带宽，A表示给定的幅值，闭环极点和零点应放置在适当的位置，具体阐述如下：

电机电流环开环极点只有一个实极点，由未加控制器的初始对象引入；在电机电流环控制闭环系统中，谐振积分器引入两个额外的极点，因此闭环极点一共有三个，电机电流闭环控制系统的特征多项式可以写成：

a(s)＝(s-α₁)(s-α₂)(s-α₃)

其中，α₁，α₂和α₃是期望的闭环极点，为了获得控制目标，选择积分器引入的两个复极点作为主导极点，而另一个实极点则由一个零点消除，相应的期望闭环极点分别是：

α₁＝-R_f/L_f

α_2,3＝-α_c±jω₀

参考电流前馈路径产生两个闭环零点，其中一个用来消除实极点，根据电机电流闭环控制系统的特征多项式和零点多项式可由期望零极点的位置得到电流控制器的增益。