[发明专利]一种基于ARC的超高速永磁同步电机转速控制方法

摘要

本发明涉及一种基于ARC的超高速永磁同步电机转速控制方法。ARC控制器设计包括：建立电机数学模型，转换成状态方程，作出相关假设，进行电机速度环、转矩和磁链环设计，最终求得电压控制量；将电压控制量作用于SVPWM模块，进而控制电机转速。本发明提高了电机系统的鲁棒性和控制精度，有效实现超高速永磁同步电机平稳、可靠的转速控制。

主权项

1.一种基于ARC的超高速永磁同步电机转速控制方法，其特征在于，使用ARC控制器，根据转子磁链给定值ψs*、电机转速给定值w*、电机转速反馈w、定子电流在电机两相静止坐标系α‑β轴上的分量iα和iβ、电机电磁转矩Te、以及定子磁链在电机两相静止坐标系α‑β轴上的分量ψα和ψβ此8个控制量得到电压控制量，即定子电压在电机两相静止坐标系α‑β轴上的分量uα、uβ；具体包括以下步骤：步骤1，建立两相静止坐标系下的超高速永磁同步电机的数学模型，转换成状态方程，并作出相关假设；步骤1具体为：步骤1‑1：建立两相静止坐标系下的超高速永磁同步电机的数学模型，如下式所示，其中，R_s电机定子电阻，L_d、L_q为定子绕组在电机两相旋转坐标系d‑q轴上的等效电感，u_α、u_β、i_α、i_β、ψ_α、ψ_β分别为定子电压、定子电流和定子磁链在电机两相静止坐标系α‑β轴上的分量，为定子电压、定子电流和定子磁链在电机两相静止坐标系α‑β轴上的分量的导数，ψ为定子磁链，J为机械转动惯量，B为阻转矩阻尼系数，p_n为电机极对数，为转子角速度及其导数，θ为转子的角度，ψ_f为转子磁链，T_l为负载转矩，T_e为电磁转矩，E_α、E_β为磁动势在电机两相静止坐标系α‑β轴上的分量；步骤1‑2：引入建模误差和不确定干扰的未知非线性因素对电机数学模型进行优化，确定状态变量并将数学模型转换成状态模型：其中，首先，在Ld＝Lq的基础上，定义变量如下：x1＝ω,x2＝Te,x3＝ψ2,θ1＝Rs,θ2＝Tla₅＝2ψ_αi_α+2ψ_βi_β,a₆＝2ψ_α,a₇＝2ψ_β然后，将电机数学模型按下式所示方式进行描述，式中，不确定参数θ₁、θ₂选取定子电组R_s和负载转矩T_l，即令θ₁＝R_s，θ₂＝T_l；系统状态变量x₁、x₂、x₃为电机转速、电磁转矩和定子磁链平方，为电机转速、电磁转矩和定子磁链平方的导数；Δ₁、Δ₂分别为电磁转矩和定子磁链平方下的模型误差和系统扰动；步骤1‑3：针对电机ARC控制器设计要求，作出以下的假设：假设1：不确定参数θ＝[θ1,θ2]和未知非线性因素Δi，i＝1,2均是有界的，即：式中，δi>0为较小的常数、Ωθ为θ的取值集合，θmin为不确定参数的最小值矩阵，θmax为不确定参数的最大值矩阵，θ1min、θ2min分别为Rs、Tl的最小值，θ1max、θ2max分别为Rs、Tl的最大值；假设2：系统状态变量x＝[x₁ x₂ x₃]^T可估计得到，系统期望信号即转速设定值和定子磁链设定值平方已知，并且步骤2，根据电机转速给定值w^*、电机转速反馈值w，设计电机速度环，计算获得电磁转矩给定值其中转速误差e₁＝ω‑ω^*，中间变量中间变量中间变量x₂＝T_e为电机电磁转矩，k₁为大于0的可调正数，为负载转矩估计值，ε₁为一大于0的正数，h₁为的上界值，为中间常量，为定子电阻的估计误差，为负载转矩估计误差，T为矩阵的转置，p_n为电机极对数，B为阻转矩阻尼系数，J为机械转动惯量；步骤3，根据电磁转矩给定值和电磁转矩T_e，定子磁链在电机两相静止坐标系α‑β轴上的分量ψ_α和ψ_β，转子磁链给定值ψ_s^*，设计电机转矩环和磁链环，求得控制输出的电压控制量u_α、u_β；步骤4，根据电压控制量uα、uβ，结合逆变器对电机进行电压空间矢量控制；步骤5，重复步骤2‑4，直至电机转速达到给定指标。