[发明专利]航空柱塞泵用内嵌式永磁同步电机的多重抗扰控制方法

说明书

本发明涉及一种航空柱塞泵用内嵌式永磁同步电机的多重抗扰控制方法，针对航空柱塞泵负载特性建立了离散域模型，并提出了泵用内嵌式永磁同步电机的高性能转速控制方法。本发明设计的泵电机转速控制器由自适应准比例积分谐振转速控制器和Luenberger动态带宽负载转矩观测器组成，能够分别解决航空柱塞泵周期脉动载荷造成的驱动电机稳态转速高频波动问题和航空柱塞泵非周期冲击载荷造成的驱动电机转速跟踪误差突增问题，具有系统高可靠性、高稳定性、强抗扰性等优点。

技术领域

本发明属于电机驱动控制技术领域，涉及一种航空柱塞泵用内嵌式永磁同步电机的多重抗扰控制方法。

背景技术

航空柱塞泵电机系统背景：为了使航空发动机运转顺滑，及时传导出摩擦产生的高温，需要航空滑油系统快速、不间断地将航空润滑油输送到发动机转动部件，保证发动机长时间无故障工作。由于柱塞泵具有排量易调节、高功率、高可靠性等优点，滑油供油系统中通常采用柱塞泵作为主供压泵源。在多电飞机“功率电传”概念的影响下，使用高功率密度、高可靠性的永磁同步电机作为柱塞泵的动力源是目前的发展趋势。这种由永磁同步电机、柱塞泵、数字控制器、高性能控制策略构成的分布式电动泵系统，相比于使用集中式传统的机械泵系统，避免了复杂、冗长的联轴器和运动转换机构，有节省建造成本和使用空间的优点。然而，考虑到柱塞泵工作在高压高速条件下，任何扰动都有可能破坏系统的稳定性，从而造成严重的航空事故，因此，为了维持航空柱塞泵用内嵌式永磁同步电机的高性能、高可靠控制特性，需针对航空柱塞泵负载特性设计高性能控制策略。

柱塞泵电机负载特性与控制技术现状：柱塞泵的柱塞在缸体柱塞孔中往复运动实现吸油和排油。油液的瞬时流量与柱塞的数量和缸体的转速相关。缸体转速与时间的乘积表示缸体转角，当角度变化时柱塞的轴向位移距离和移动速度将相应变化，因此泵在一个工作周期中的瞬时输出流量将随转角变化产生周期性脉动现象。周期性的流量脉动反映在电机转轴上为高频的负载力矩。同时，考虑到柱塞泵斜盘倾角造成的排量突变以及外部干扰的影响，将柱塞泵的负载特性归结为周期脉动载荷和非周期冲击载荷。目前，柱塞泵周期性流量脉动和压力脉动的主要解决方法是通过改变柱塞泵机械结构或增加机械补偿装置实现，这种方法的实现成本高，且将降低柱塞泵功重比，不利于航空滑油系统级设计。为了实时补偿泵电机的非周期冲击载荷，提高控制系统抗扰性能，通常采用滑模控制器、模糊控制器等非线性控制器。其中，滑模控制器具有快速响应性能，而当控制参数到达滑模面后将产生围绕滑模面的抖动，不利于稳定控制。此外，模糊控制器需要依靠经验设计模糊规则，且稳定性无法保证。

航空柱塞泵电机系统控制策略存在以下问题：1)航空柱塞泵负载特性建模问题，2)航空柱塞泵周期脉动载荷扰动补偿问题，3)航空柱塞泵非周期冲击载荷扰动补偿问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种航空柱塞泵用内嵌式永磁同步电机的多重抗扰控制方法，要解决：1)航空柱塞泵负载特性建模问题，2)航空柱塞泵周期脉动载荷扰动补偿问题，3)航空柱塞泵非周期冲击载荷扰动补偿问题。

技术方案

一种航空柱塞泵用内嵌式永磁同步电机的多重抗扰控制方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将永磁同步电机的转子角速度ω和转速角度θ，采集电机的定子三相电流i_a、i_b、i_c，进行坐标变换获得旋转坐标系下的电流分量i_d、i_q，并计算电磁转矩值T_e；

步骤2：由于航空柱塞泵的瞬时流量具有周期脉动特性，同时考虑到瞬时冲击性载荷的影响，对航空柱塞泵的负载特性进行建模为：

其中，T_total(k)为所述航空柱塞泵负载特性；为航空柱塞泵非周期性冲击载荷；为航空柱塞泵周期脉动载荷；