[发明专利]一种考虑电流饱和以及干扰抑制的永磁同步电机速度控制方法

权利要求书

1.一种考虑电流饱和以及干扰抑制的永磁同步电机速度控制方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1：确定永磁同步电机速度环数学模型：

以电机的转子坐标d-q轴为参考坐标系，在充分考虑系统参数不确定性以及未知负载转矩干扰的前提下，建立永磁同步电机速度环数学模型：

其中，w为电机转速，i_q为q轴定子电流，也即待设计的永磁同步电机速度控制器，T_L表示系统未知负载转矩，J_o、K_to以及B_o分别表示转动惯量、转矩常数以及粘性摩擦系数的标称值，而J、K_t和B则分别指的是转动惯量、转矩常数以及粘性摩擦系数的真实值，同时，Δa＝K_t/J-K_to/J_o和Δb＝B/J-B_o/J_o表示系统参数真实值与标称值之间的差值；

将因系统参数不确定性带来的干扰以及未知负载转矩扰动集中表示为集总干扰项：

其满足如下有界条件：|d(t)|＜l₁，其中，l₁和l₂为正常数；

则将永磁同步电机速度环数学模型进一步表示为

步骤2：永磁同步电机调速系统控制目标的确定：

2-1)电机转速快速精准追踪：

式中，w^*表示永磁同步电机的给定速度；

2-2)电流饱和约束：

其中，I_max表示永磁同步电机正常工作时所能允许的电流最大值；

2-3)干扰估计：利用干扰观测器，在线估计包括参数不确定性以及未知负载转矩在内的系统干扰；

步骤3：设计超螺旋干扰观测器，对永磁同步电机集总干扰进行精确估计：定义转速估计误差信号：

式中，表示永磁同步电机的估计速度；

进而给出如下所示的积分滑模面：

式中，λ为大于0的正常数；

所设计的超螺旋干扰观测器形式如下：

其中，f(t)为超螺旋干扰观测器的控制律，当干扰观测器趋于稳定时，其等效为集总干扰d(t)的观测值，f(t)的具体结构如下：

式中，sign(·)为开关函数，k₁以及k₂为满足如下条件的正常数：

步骤4：基于考虑系统参数不确定性以及未知负载转矩影响的数学模型，构造永磁同步电机速度控制器：

定义电机速度追踪误差：e＝w^*-w；

为实现电流约束的控制目标，引入饱和函数：

其中，n为大于等于0的常数；易知|Ψ(·)|≤1；

在避免引入电机加速度信号难以获得状态量的前提下，构造如下类积分信号：

其中，Λ为辅助信号，k_i表示正的常数，也为后续给出的永磁同步电机速度控制器的控制增益，则不难得知类积分信号的动态方程为：

结合所设计的超螺旋干扰观测器，设计如下形式的永磁同步电机速度控制器：

其中，k_p,k_i,k_l为正的可调控制增益；

步骤5：永磁同步电机速度控制器的控制增益确定：

根据控制器的形式，知控制增益k_p,k_i,k_l的值决定了控制输入也即电机电流的大小，为保证2-2)的电流饱和约束目标，应按如下方法确定控制增益：

其中，第一个不等式的右端均为可获得常数，且μ为超螺旋干扰观测器估计误差上界，满足此式中为超螺旋干扰观测器的估计误差；

步骤6：控制方法的实现：

根据所设计控制器控制永磁同步电机运行，从而控制电机转速，约束电机电流，估计并补偿系统干扰，实现永磁同步电机调速系统的控制目标。