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专利号: 2022107057556
申请人: 湖南工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-08-21
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种永磁同步电机速度的负载扰动补偿控制方法,永磁同步电机速度由滑模速度控制器控制,负载转矩观测器对负载转矩进行观测,负载转矩观测器的输出用于对滑模速度控制器的输出进行负载转矩补偿;其特征在于,滑模速度控制器的状态变量为*

其中,ω是转子角速度,ω 是给定转子角速度;滑模速度控制器的滑模面为s=cx1+x2,c为滑模面参数,且c>0;滑模速度控制器输出负载转矩给定值 和转矩电流给定分量i′q为其中,J是转动惯量,p是电机极对数,ψf是永磁体磁链;系数k1、k2、k3、k4为速度滑模控制的指数趋近率系数,且k1>0,k2>0,0<k3<1,k4>0;

负载转矩观测器为

其中, 为负载转矩观测值, 是转子角速度估计值,g是负载转矩观测器的反馈增益且g<0; kg是负载转矩观测器的滑模增益且kg≤‑|e2/J|,为负载转矩观测误差,TL为负载转矩;iq为q轴电流;

负载转矩观测器根据负载转矩给定值的变化和负载转矩观测值的变化对反馈增益进行调整,方法是:步骤①、计算

步骤②、判断ΔT是否大于ε2;当ΔT大于ε2时,取反馈增益g等于gmin并进入步骤⑤;当ΔT小于等于ε2时,进入步骤③;

步骤③、判断ΔT是否小于ε1;当ΔT小于ε1时,取反馈增益g等于gmax并进入步骤⑤;当ΔT大于等于ε1时,进入步骤④;

步骤④、反馈增益g按照

进行计算;

步骤⑤、负载转矩观测器依据反馈增益g对负载转矩TL进行观测,得到负载转矩观测值滑模速度控制器进行控制运算得到负载转矩给定值其中,ε1为转矩变化低限比较阈值,ε2为转矩变化高限比较阈值,且0<ε1<ε2;gmax为反馈增益高值,gmin为反馈增益低值,且gmin<gmax<0;

滑模速度控制器参数和负载转矩观测器参数均采用狼群算法进行优化整定。

2.如权利要求1所述的永磁同步电机速度的负载扰动补偿控制方法,其特征在于,负载转矩观测器观测得到负载转矩观测值 后,将负载转矩的观测值 转换成转矩电流补偿分量i″q前馈补偿至q轴电流控制器的输入,对滑模速度控制器输出的转矩电流给定分量i′q*进行补偿。q轴电流控制器的q轴转矩电流给定值iq为

其中,kq=2/(3pψf)为转矩观测补偿系数。

3.如权利要求2所述的永磁同步电机速度的负载扰动补偿控制方法,其特征在于,滑模速度控制器参数采用狼群算法进行优化整定时,待优化的参数向量为θ=[c,k1,k2,k3,k4],搜索空间维度N等于5;参数c的取值区间为[0 1000],参数k1的取值区间为[0 2000],参数k2的取值区间为[0 2000],参数k3的取值区间为[0.4 0.6],参数k4的取值区间为[0.5/ωΔ 1/ωΔ];ωΔ为转子角速度稳态抖差限值。

4.如权利要求3所述的永磁同步电机速度的负载扰动补偿控制方法,其特征在于,滑模速度控制器参数采用狼群算法进行优化整定时,计算适应值的目标函数Q1为其中,e(t)为转子角速度误差瞬时值,tm为电机转子角速度阶跃响应的过渡过程时间,t=0为电机阶跃响应的启动时刻;Q11中的第二项γm1(1‑sgn(e(t)+ωδ))为角速度超调罚函数,其中γm1取一个足够大的正数,ωδ为转子角速度超调量限值;Q12为稳态抖差罚函数;

γm2≥2。

5.如权利要求3所述的永磁同步电机速度的负载扰动补偿控制方法,其特征在于,负载转矩观测器参数采用狼群算法进行优化整定时,待优化的参数向量为θ1=[Gmax,Gmin,ε1,ε2,α],搜索空间维度N等于5;参数Gmax的取值区间为[‑4 4];参数Gmin的取值区间为[‑4 4];参数ε1的取值区间和参数ε2的取值区间均为[0 0.05TN],TN为电机的额定转矩;参数α的取值区间为[1 5];gmax、gmin与Gmax、Gmin的关系为 kg与α的关系为

6.如权利要求5所述的永磁同步电机速度的负载扰动补偿控制方法,其特征在于,负载转矩观测器参数采用狼群算法进行优化整定时,计算适应值的目标函数Q2为其中, 为负载转矩观测误差,e2(t)为负载转矩观测误差瞬时值,tp为电机负载转矩观测阶跃响应的跟踪调节时间,t=0为负载转矩观测阶跃响应的负载突变时刻;

Q21中的第二项为转矩观测跟踪超调罚函数,Tδ为转矩观测跟踪超调限值,γp1取一个足够大的正数;max(|e2(t)|)为最大转矩观测稳态抖差绝对值,γp2为适应度平衡侧重系数,取大于0的常数;Q22中第二项为转矩观测稳态抖差罚函数,TΔ为负载转矩观测稳态抖差限值;

γp3≥2。

7.如权利要求1所述的永磁同步电机速度的负载扰动补偿控制方法,其特征在于,检测永磁同步电机的转子位置θ、和三相电流ia、ib和ic;依据三相电流ia、ib和ic对永磁同步电机进行Clark变换得到在α‑β轴坐标系下的电流iα、iβ,依据电流iα、iβ和转子位置θ进行Park变换,得到在d‑q轴坐标系下的电流id、iq。