1.一种永磁同步电机调速系统的自抗扰控制方法,其特征在于,包括如下步骤:*
步骤1,首先构建简化的永磁同步电机数学模型,获得给定转速ω、电机实际转速ω、d‑q坐标系下的q轴电流分量iq;
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步骤2,设计一阶跟踪微分器得到对给定转速ω的跟踪值v1;
步骤3,设计双曲正切函数扩张状态观测器对电机实际转速ω和扰动进行观测,双曲正切函数扩张状态观测器的输出为电机实际转速ω的估计值和总扰动的估计量;通过利用双曲正切函数自身饱和特性对传统扩张状态观测器出现的微分峰值进行有效抑制;
步骤4,通过步骤2和步骤3得到给定转速跟踪值v1和电机实际转速估计值z1求取状态误差,然后将该状态误差进行滑模控制,在滑模控制中设计一种自适应变速指数趋近律,该趋近律引入状态变量的一阶范数,根据状态变量距离平衡点的远近自适应调整趋近速度,实现对自抗扰控制器的优化;
构建简化的永磁同步电机数学模型的过程为:假设转子永磁体在气隙中的磁场分布为正弦波,忽略了电机的铁心饱和、涡流和磁滞损耗,转子中没有阻尼绕组,在d‑q坐标系下PMSM的数学模型可以描述如下:其中:ud,uq,id和iq分别是在d‑q坐标系下的电压分量和电流分量;Ld,Lq是d轴和q轴电感;R是电机绕组电阻;ωr是电角速度;ψ是永磁磁通;
永磁同步电动机的转矩方程为:Te=1.5p[ψiq+(Ld‑Lq)idiq]其中:Te是永磁同步电机的电磁转矩;p是极对数;对于表贴式永磁同步电机,Ld=Lq=L,转矩方程可以简化:
Te=1.5pψiq
永磁同步电动机的运动方程为:其中:TL是负载转矩;ω是电机实际转速;B是摩擦系数;J是转动惯量;
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设计一阶跟踪微分器得到对给定转速ω的跟踪值v1为:* *
式中,v1为对给定转速ω 的跟踪值;ω为给定转速;e2为给定转速的跟踪误差;r1为转速跟踪因子;
设计具有时变参数的双曲正切函数扩张状态观测器对电机实际转速ω和扰动进行观测,
其表达式为:
式中:e1为电机实际转速估计量z1与电机实际转速ω的误差;z2为对系统总扰动的估计*
量;iq为给定q轴电流;t为观测器运行的时间;参数b为扰动补偿系数;b1和b2为控制时变参数的变化速率,为可调参数;参数β1为状态比例增益;参数β2为扰动比例增益;β11和β22为时变参数;δ为滤波因子;
步骤4中:
首先选取滑模面函数为:
其中c>0;
再提出自适应变速指数趋近律,即:基于自适应滑模控制的非线性状态误差反馈控制律的数学模型为:*
其中,e3为给定转速ω 的跟踪值与电机实际转速估计量z1之差;u0是滑模控制的输出*
量;iq为给定q轴电流;||e3||1为系统状态变量的一阶范数,δ,ε,k,c>0;
由于滑模控制本身的开关特性,会使系统产生抖振现象,为削弱滑模运动过程中的高频抖振,引入平滑函数con(s)代替sgn(s),其表达方式为:式中,η为抖振因子,且η>0。