[发明专利]一种基于改进型扰动观测器的弧线电机预测控制方法

说明书

本发明公开了一种基于改进型扰动观测器的弧线电机预测控制方法，应用于弧线电机控制领域；采用i_d＝0的控制方法，转速环采用模型预测控制，电流环采用无差拍电流预测控制，通过检测q轴电流分量和电机转速，设计负载转矩观测器对负载转矩进行辨识，并对转速环输出给定i_qref进行前馈补偿，设计参数扰动观测器观测dq轴电流和扰动补偿量，对电流环计算输出电压矢量进行扰动补偿，本发明解决了传统大口径天文望远镜用弧线电机控制系统模型依赖度高、调试复杂的弊端，对参数失配和转矩扰动具有良好的抑制作用，大大提升了系统的鲁棒性与抗干扰能力。

技术领域

本发明属于弧线电机控制技术领域，具体涉及一种基于改进型扰动观测器的弧线电机预测控制方法。

背景技术

天文望远镜随着光学、天文、力学、计算机、自动控制和精密仪器技术的进步，在方位轴和高度轴的轴系驱动上提出了更高的要求。在这段时间内，发展的驱动方式主要经历了蜗轮蜗杆传动、摩擦驱动和经典的直接驱动。但这些传统的驱动方式由于加工设备、工艺条件、调试方法、环境因素、运输条件等限制，已经不能满足目前对于大口径天文望远镜伺服控制的需求，迫切需要寻求新的控制方式。直接传动方式相比于传统的驱动方式有着更高的传动刚度，受摩擦影响小，而且便于安装调试和维护等优势，成为主要的研究热点。

目前针对弧线永磁同步电机本体优化的研究和永磁同步电机控制策略研究较多，但对于天文望远镜用弧线永磁同步电机的精确跟踪控制研究还存在较大空白。为了实现平稳、低速以及高精度的控制要求，需要寻求合适的控制策略和控制算法。比较有代表性的控制策略有矢量控制、直接转矩控制、滑模控制等，但这些控制算法都依赖于电机模型，当模型受到干扰或者模型参数变化时，系统原来的性能不能满足，甚至出现不可控的情况。而弧线永磁同步电机本身具有非线性、强耦合的特点，电机参数很容易在实际工况条件下改变，并且由于负载转矩扰动等其它因素导致系统性能很差。随着天文观测的不断发展，对其驱动用弧线电机运行的抗扰性和鲁棒性提出了更高的要求。

本发明提出一种基于改进型扰动观测器的弧线电机预测控制方法，用于提升驱动系统的抗扰性与鲁棒性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于改进型扰动观测器的弧线电机预测控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于改进型扰动观测器的弧线电机预测控制方法，包括以下步骤：

建立速度环模型预测控制，设计负载转矩观测器前馈补偿q轴电流初始值，设计参数扰动观测器观测参数失配下扰动量，补偿dq轴电压矢量，并设计无差拍电流预测控制，主要步骤如下：

步骤1：建立速度环模型预测控制；

根据位置检测转速计算模块得到的转速实际值与设定转速值输入到速度环模型预测控制，得到q轴电流初始给定值；

模型预测控制器主要由三部分组成：预测模型、滚动优化和反馈校正，i_d＝0控制下电机的电磁转矩方程和运动方程如下：

式中：P_n为极对数，i_q为dq坐标系下的q轴电枢电流分量，ψ_f为永磁体磁链，J为电机转动惯量，B为阻尼系数，T_L和T_e分别为负载转矩和电磁转矩，ω_m为机械角速度；

将上述方程组化简作为预测模型，并进行离散化：

式中：T代表采样时间，近似认为当时间很短时T_L保持不变，结合上一时刻可得