[发明专利]基于改进型降阶观测器的低速直驱电机扰动抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于改进型降阶观测器的低速直驱电机扰动抑制方法，涉及永磁同步电机领域，该方法基于直驱电机的电机方程设计改进型降阶观测器，所述改进型降阶观测器的估计方程中包含微分项，且改进型降阶观测器输出的扰动转矩的估计值与扰动转矩的实际值之间的传递函数实现零极点对消，根据改进型降阶观测器的结构得到扰动转矩的估计值并得到补偿电流值，将补偿电流值前馈到转速电流双环伺服控制系统的交轴电流的给定端，该方法将微分环节引入降阶观测器中得到改进型降阶观测器，从而能够提高改进型降阶观测器的补偿响应速度，改进型降阶观测器对扰动转矩的观测无滞后，有效解决了传统观测器中的补偿谐振问题。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机领域，尤其是一种基于改进型降阶观测器的低速直驱电机扰动抑制方法。

背景技术

传统永磁同步电机的伺服系统中包含大量如齿轮、皮带等传动机构，这些传动机构的存在，使得伺服系统效率降低，控制精度下降。近年来，直接驱动技术开始在伺服系统中大量应用，通过将负载和电机轴直接相连，取消掉伺服系统中的传动机构，避免了减速机弹性形变、传动误差和组件摩擦的影响，使伺服系统能够拥有更高的定位精度、效率和响应能力，降低了振动噪声和维护成本。

但由于直驱伺服电机轴和负载直接相连，外部扰动会直接传递到电机本身，导致电机对扰动更加敏感，使伺服系统精度和性能降低。电机本身的齿槽转矩、高次电流谐波、磁阻效应等造成的输出扰动会直接作用在负载上，影响系统性能。在低速工况下，齿槽转矩、摩擦转矩等扰动会表现出更低的频率，由于电机本身具有低通滤波器特性，对低频扰动抑制能力差，所以上述问题带来的影响更加明显。

国内外众多学者通过改进控制算法，对电机扰动进行抑制，典型的有滑模控制法、比例谐振控制、重复控制、迭代学习控制、自适应控制、自抗扰控制、鲁棒控制、观测器法等。但现有的上述方法改进控制算法都各有缺点：传统滑模控制使系统状态不断地在滑面两侧遍历，这会导致系统不可避免的产生抖振。比例谐振控制在谐振频率处会表现出较大的增益，从而在闭环时对特定频率的扰动表现出良好的衰减效果，而在谐振角频率点外的增益急剧下降，这将会使控制系统对输入信号频率的变化比较敏感，导致系统容易发生波动。重复控制、迭代学习控制虽然可以在一系列频率上产生无限的增益，并实现干扰抑制，但是对于这两种方法，往往需要提前知道转矩脉动的具体频率信息，所以这种针对特定频率及其整数倍频率扰动进行抑制的方法局限性较大。非线性自抗扰控制的结构往往十分复杂，可调整参数较多，在实际工程中难以使用，虽然有一些学者提出了线性化处理的方法，但是线性化的处理必然会弱化自抗扰控制对于非线性因素的鲁棒性。自适应控制中常用控制方法是模型参考自适应控制，虽然模型参考自适应控制在抗交流电机驱动器参数不确定方面有一定效果，但是模型的高阶项增加了计算负担。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于改进型降阶观测器的低速直驱电机扰动抑制方法，本发明的技术方案如下：

一种基于改进型降阶观测器的低速直驱电机扰动抑制方法，该方法包括：

基于直驱电机的电机方程设计改进型降阶观测器，改进型降阶观测器的估计方程中包含微分项，且改进型降阶观测器输出的扰动转矩的估计值与扰动转矩的实际值T_d(s)之间的传递函数实现零极点对消，s为拉普拉斯算子；

根据改进型降阶观测器的结构得到直驱电机低速运行时受到的扰动转矩的估计值

将扰动转矩的估计值除以电流转矩常数K_T得到补偿电流值i_c；

利用转速电流双环伺服控制系统对直驱电机进行控制，转速电流双环伺服控制系统包括电流环控制器和转速环控制器，转速环控制器基于电机转子角速度的给定值ω^*和实际值ω进行转速调节并输出给电流环控制器，电流环控制器基于交轴电流的给定值以及直轴电流的给定值进行电流调节。

其进一步的技术方案为，改进型降阶观测器的估计方程为：