[发明专利]基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统

权利要求书

1.基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统，其特征在于：包括伺服控制单元、谐波扰动力矩评价单元、谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元；

所述伺服控制单元用于控制负载按指令角速度稳定旋转；

所述谐波扰动力矩评价单元用于向控制伺服控制单元发送指令角速度，对伺服控制器输出的测量角速度进行频谱分析，将频谱分析得到的扰动力矩谐波次数N传送给谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元，作为谐波扰动力矩辨识和抑制的依据；

所述谐波扰动力矩辨识单元使用特征频率观测器对谐波次数为N的扰动力矩进行辨识，得到谐波扰动力矩正弦量和谐波扰动力矩余弦量；

所述谐波扰动力矩抑制单元根据谐波扰动力矩辨识单元得到的谐波扰动力矩正弦量和余弦量重构电机磁场不均匀性，并对电机不均匀磁场进行补偿，进而抑制电机谐波扰动力矩；

所述谐波扰动力矩辨识单元将伺服控制单元测量角位置θ引入到谐波扰动力矩辨识单元，乘以扰动谐波次数N，得到Nθ；然后对Nθ进行正余弦变换得到sin(Nθ)和cos(Nθ)，对sin(Nθ)和cos(Nθ)进行相移处理，得到和乘以角速度控制误差e和增益系数A，得到和然后分别进行积分运算得到和将∫(A×e×sin(Nθ))和∫(A×e×cos(Nθ))与sin(Nθ)和cos(Nθ)分别相乘并相加后得到永磁电机磁场不均匀量：加上磁场均值1，得到永磁电机磁场不均匀校正量与速度环控制器输出相乘作为电流环控制的输入，在伺服控制单元中完成迭代运算；收敛于谐波扰动正弦量A_sin，收敛于谐波扰动余弦量A_cos，将磁场不均匀校正系数A_sin和A_cos送入谐波扰动力矩补偿单元；

所述谐波扰动力矩抑制单元将测量角位置θ引入到谐波扰动力矩补偿单元，乘以误差谐波次数N，然后对Nθ进行正余弦变换得到sin(Nθ)和cos(Nθ)；将谐波扰动力矩辨识单元得到的磁场不均匀校正系数A_sin和A_cos乘以指令角速度Vel_zl，然后除以辨识指令角速度Vel_bs，分别与cos(Nθ)和sin(Nθ)相乘后取差，得到Vel_zl/Vel_bs×(A_sin×sin(Nθ)+A_cos×cos(Nθ))，加上磁场均值1，得到磁场不均匀校正量Vel_zl/Vel_bs×(A_sin×sin(Nθ)+A_cos×cos(Nθ))+1，添加到速度环控制器与电流环输入之间，形成非线性放大器，与速度环控制器输出相乘作为电流环控制的输入，完成对伺服电机谐波扰动力矩的补偿和抑制。

2.根据权利要求1所述的基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统，其特征在于：所述伺服控制单元包括速度环控制器、电流环控制器、功率放大器、伺服电机、角位置传感器、微分器；所述角位置传感器测量负载角位置得到测量角位置θ，送入微分器进行微分处理后得到控制角速度Vel_ctr，将控制角速度Vel_ctr与指令角速度Vel_zl作差处理得到角速度控制误差Vel_e兵发送至速度环控制器；速度环控制器根据角速度控制误差Vel_e进行运算得到速度环控制量Ctr_vel，与电流传感器检测伺服电机绕组电流Cur_coil相减得到电流控制误差Cur_e并送入到电流环控制器进行运算得到电流环控制量Ctr_cur，送入功率放大器进行功率放大，将放大的电流环控制量Ctr_cur转化为控制电流给伺服电机，伺服电机输出力矩驱动负载跟踪指令角速度Vel_zl。

3.根据权利要求1所述的基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统，其特征在于：所述谐波扰动力矩评价单元给伺服控制单元发送辨识指令角速度Vel_bs，控制负载恒定转速旋转，并对伺服控制单元中的控制角速度Vel_ctr进行频谱分析，根据其频谱成分的频率f_N计算扰动谐波次数并依据频率f_N处的频谱幅值大小评价谐波扰动力矩大小；同时，将扰动谐波次数N送入谐波扰动力矩辨识单元和谐波扰动力矩抑制单元进行对应处理。

4.根据权利要求3所述的基于特征频率观测器的永磁电机谐波扰动力矩抑制系统，其特征在于：所述辨识指令角速度Vel_bs为伺服系统最高转速的0.1～1倍。