CN104579039A - 一种永磁同步感应电动机速度的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机控制技术领域，涉及一种永磁同步感应电动机速度的控制方法，端口受控哈密顿控制器根据给定转速、速度检测单元测得的实际转速参数、电流检测单元测得的三相电流值、负载转矩观测器得到的负载转矩观测值和阻尼调节器得到的阻尼系数计算出控制电压值，并将控制电压值输送给三相逆变器；三相逆变器根据控制电压值将直流电源转变为三相交流电源驱动永磁同步感应电动机；永磁同步感应电动机实现稳定输出，实现对永磁同步感应电动机的连续控制；其设计原理简单，安全可靠，控制步骤简单，控制速度精确，控制环境友好。

Description

一种永磁同步感应电动机速度的控制方法

技术领域：

本发明属于电机控制技术领域，涉及一种永磁同步感应电动机速度的控制方法，特别是一种在端口哈密顿控制方法与阻尼调节器相结合控制永磁同步感应电动机速度的方法。

背景技术：

交流伺服系统由于控制精度高、恒转矩输出、响应速度快和转速高等特点，在自动控制系统中扮演者越来越重要的角色。现有的永磁同步感应电动机具有体积小、性能好、结构简单、可靠性高、转矩大和鲁棒性强等优点，被广泛地应用于高精度、高性能要求的伺服系统中，永磁同步感应电动机属于非线性电磁能量转换设备，是一个双端口网络，其输入端口是电气端口，输出端口是机械端口；单位时间内电气端口的电压与电流的乘积是电能，机械端口的转矩与转速的乘积是机械能，根据能量守恒原理，电气端口的电能需要与机械端口的机械能相等，能量成形的端口受控哈密顿方法是通过向电气端口注入电能来确定系统对于给定转速的跟踪，故称之为能量控制，该方法应用于永磁同步感应电动机的速度控制虽然已经取得了一定的成果，但还存在着缺陷。

目前，已公开的文献中由于海生、王海亮和赵克友等在《青岛大学学报(工程技术版)》2005年3期发表的“永磁同步电机的哈密顿系统建模与控制”等共12篇相关论文，均是通过能量成形的端口受控哈密顿方法对永磁同步感应电动机进行速度控制，使速度在期望的平衡点上取得最小值，但这种方法在速度或负载转矩发生较大变化时均存在不能快速响应的缺点，对端口受控哈密顿方法分析、研究后发现，阻尼系数的大小是制约系统响应速度的关键因素，阻尼系数越小，响应速度越快，但超调越大；反之，阻尼系数越大，响应速度越慢，超调越小直至减小为零。现有的端口受控哈密顿方法均是根据经验选取某个固定的阻尼系数，使系统在超调为零的情况下响应速度快达到最快，即使这样，依然很难满足系统快速响应的要求。因此，有必要寻求设计提出一种改进的控制方法，在能量成形的端口受控哈密顿方法的基础上加入阻尼调节器的控制策略，阻尼调节器 根据实际速度与给定速度差和变化率实时调节阻尼系数，使永磁同步感应电动机控制系统在保持原有稳定性能的基础上，获得较快的响应速度和零超调。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种永磁同步感应电动机速度的控制方法，将能量成形的端口受控哈密顿方法与阻尼调节器相结合，有效克服响应速度慢和稳态误差的缺点。

为了实现上述目的，本发明在控制系统中实现，具体包括以下步骤：

(1)、先通过控制系统的速度检测单元测得永磁同步感应电动机的实际转速参数；

(2)、再通过控制系统的电流检测单元测得永磁同步感应电动机定子的三相电流值；

(3)、然后将步骤(1)测得的实际转速参数与步骤(2)测得的三相电流值送给负载转矩观测器得到电动机的负载转矩观测值；

(4)、阻尼调节器根据给定转速和实际转速参数计算得到阻尼系数；

(5)、端口受控哈密顿控制器根据给定转速、步骤(1)测得的实际转速参数、步骤(2)测得的三相电流值、步骤(3)得到的负载转矩观测值和步骤(4)得到的阻尼系数计算出控制电压值，并将控制电压值输送给三相逆变器；

(6)、三相逆变器根据控制电压值将直流电源转变为三相交流电源驱动永磁同步感应电动机；

(7)、永磁同步感应电动机实现稳定输出，然后返回步骤(1)，实现对永磁同步感应电动机的连续控制。

本发明所述控制系统以端口受控哈密顿控制器为核心的端口受控哈密顿控制系统，该控制系统的主体结构包括能量控制器模块、电流检测单元、速度检测单元、三相逆变器和永磁同步感应电动机，其中能量控制器模块包括端口受控哈密顿控制器、负载转矩观测器和阻尼调节器；电流检测单元分别与永磁同步感应电动机、能量控制器模块相连，电流检测单元将永磁同步感应电动机的定子三相电流输送给能量控制器模块；速度检测单元分别与永磁同步感应电动机、能量控制器模块相连，速度检测单元将永磁同步感应电动机的转子转速传送给能量控制器模块；能量控制器模块中的负载转矩观测器根据永磁同步感应电动机的定子三 相电流与转子速度计算负载转矩，并将负载转矩传送至端口受控哈密顿控制器，阻尼调节器根据转子速度与给定转速计算阻尼系数，并将阻尼系统传输至端口受控哈密顿控制器，端口受控哈密顿控制器根据负载转矩、阻尼系数、定子三相电流和转子速度得到控制电压，并将控制电压输出送到三相逆变器；三相逆变器与能量控制器模块、永磁同步感应电动机相连，三相逆变器根据能量控制器模块给的控制电压值将直流电源转变为三相交流电源驱动永磁同步感应电动机。

本发明所述能量控制器模块的设计过程包括以下步骤：

(21)、先给出永磁同步感应电动机的端口受控哈密顿模型；

(22)、再确定永磁同步感应电动机的平衡点；

(23)、然后确定隐极永磁同步感应电动机(L_d＝L_q)的平衡点对应的输入；

(24)、设计永磁同步感应电动机的负载转矩观测器；

(25)、设计永磁同步感应电动机系统的端口受控哈密顿控制器；

(26)、设计带有阻尼系数调节器的永磁同步感应电动机系统的端口受控哈密顿控制器。

本发明与现有技术相比，是在现有的控制技术上增加一个简单的实时阻尼调节器来控制电机的转速，其设计原理简单，安全可靠，控制步骤简单，控制速度精确，控制环境友好。

附图说明：

图1为本发明所述控制系统的主体结构原理示意框图。

图2为本发明涉及的端口受控哈密顿控制方法在阻尼系数r₁、r₂分别为-2，-1，0和1时速度对比图，在初始状态为零，从零时刻开始负载转矩由0N·m变为3N·m，给定转速由0rpm变为600rpm情况下仿真实验得到。

图3为本发明的端口受控哈密顿控制方法在阻尼系数r₁、r₂分别为-2、1和由阻尼调节器实时调节时的速度对比图，在初始状态为零，从零时刻开始负载转矩由0N·m变为3N·m，给定转速由0rpm变为600rpm情况下仿真实验得到。

图4为本发明的端口受控哈密顿控制方法阻尼调节器实时调节时的参数图，在初始状态为零，从零时刻开始负载转矩由0N·m变为3N·m，给定转速由0rpm变为600rpm情况下仿真实验得到。

图5为本发明的端口受控哈密顿控制方法在阻尼系数r₁、r₂分别为-2、1和由阻尼调节器实时调节时的速度对比图，在初始状态为零，从零时刻开始负载转矩由0N·m变为3N·m，给定转速在零时刻由0rpm变为100rpm、在0.1s时由100rpm变为1000rpm情况下仿真实验得到。

图6为本发明的端口受控哈密顿控制方法阻尼调节器实时调节时的参数图，在初始状态为零，从零时刻开始负载转矩由0N·m变为3N·m，给定转速在零时刻由0rpm变为100rpm、在0.1s时由100rpm变为1000rpm情况下仿真实验得到。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例对本发明做进一步的说明。

实施例：

本实施例涉及的技术方案在常规的控制系统中实现，具体包括以下步骤：

(1)、先通过速度检测单元3测得永磁同步感应电动机的实际转速参数；

(2)、再通过电流检测单元2测得永磁同步感应电动机定子的三相电流值；

(3)、然后将步骤(1)测得的实际转速参数与步骤(2)测得的三相电流值送给负载转矩观测器4得到电动机的负载转矩观测值；

(4)、阻尼调节器5根据给定转速和实际转速参数得到阻尼系数；

(5)、端口受控哈密顿控制器1根据给定转速、步骤(1)测得的实际转速参数、步骤(2)测得的三相电流值、步骤(3)得到的负载转矩观测值和步骤(4)得到的阻尼系数计算出控制电压值，并将控制电压值输送给三相逆变器6；

(6)、三相逆变器6根据控制电压值将直流电源转变为三相交流电源驱动永磁同步感应电动机7；

(7)、被控永磁同步感应电动机5实现稳定输出，然后返回步骤(1)，实现对被控永磁同步感应电动机5的连续控制。 

本发明所述控制系统为以端口受控哈密顿控制器为核心的端口受控哈密顿控制系统，该控制系统的主体结构包括能量控制器模块、电流检测单元2、速度检测单元3、三相逆变器6和永磁同步感应电动机7，其中能量控制器模块包括端口受控哈密顿控制器1、负载转矩观测器4和阻尼调节器5；电流检测单元2分别与永磁同步感应电动机7、能量控制器模块相连，电流检测单元2将永磁同步感应电动机7的定子三相电流输送给能量控制器模块；速度检测单元3分别与永磁同步感 应电动机7、能量控制器模块相连，速度检测单元3将永磁同步感应电动机7的转子转速传送给能量控制器模块；能量控制器模块中的负载转矩观测器4根据永磁同步感应电动机7的定子三相电流与转子速度计算负载转矩，并将负载转矩传送至端口受控哈密顿控制器1，阻尼调节器5根据转子速度与给定转速计算阻尼系数，并将阻尼系统传输至端口受控哈密顿控制器1，端口受控哈密顿控制器1根据负载转矩、阻尼系数、定子三相电流和转子速度得到控制电压，并将控制电压输出送到三相逆变器6；三相逆变器6与能量控制器模块、永磁同步感应电动机7相连，三相逆变器6根据能量控制器模块给的控制电压值将直流电源转变为三相交流电源驱动永磁同步感应电动机7。

本实施例所述能量控制器模块的设计过程包括以下步骤：

(21)、先给出永磁同步感应电动机的端口受控哈密顿模型；

(22)、再确定永磁同步感应电动机的平衡点；

(23)、然后确定隐极永磁同步感应电动机(L_d＝L_q)的平衡点对应的输入；

(24)、设计永磁同步感应电动机的负载转矩观测器；

(25)、设计永磁同步感应电动机系统的端口受控哈密顿控制器；

(26)、设计带有阻尼系数调节器的永磁同步感应电动机系统的端口受控哈密顿控制器。

本实施例所述步骤(21)给出永磁同步感应电动机的端口受控哈密顿模型的具体过程为：

被控永磁同步感应电动机7采用三相交流电源供电，将多相绕组等效为直轴d和交轴q两相绕组，直轴d和交轴q两相绕组在空间上互差90°电角度，在忽略磁饱和、不计磁滞和涡流损耗影响、空间磁场呈正弦分布的条件下，当阻尼系数B＝0时，直轴-交轴(d-q)坐标系下永磁同步感应电动机系统的数学模型为：

$\left\{\begin{array}{c}{L}_d{\stackrel{\·}{\stackrel{\·}{i}}}_d=-R_s{i}_d+n_P\mathrm{\ω}{L}_q{i}_q+u_d\\ L_q{\stackrel{\·}{\stackrel{\·}{i}}}_q=-R_s{i}_q-n_P\mathrm{\ω}{L}_d{i}_d-n_P\mathrm{\ω\Φ}+u_q\end{array}\right.---\left(1\right)$

机械运动方程为： $J\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}=\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_L=n_P[(L_d-L_q)i_d{i}_q+\mathrm{\Φ}{i}_q]+(-{\mathrm{\τ}}_L)---\left(2\right)$

其中，τ＝n_P[(L_d-L_q)i_di_q+Φi_q]   (3) 

n_p为极对数，ω是转子机械角速度，J是转动惯量，L_d和L_q是d-q坐标系下的定 子电感，R_s是定子电阻，τ_L是负载转矩，Φ是永磁体产生的磁链；永磁同步感应电动机的参数为：n_p＝4，J＝0.0008kg·m²，L_d＝L_q＝0.0085H，R_s＝2.875Ω，Φ＝0.175Wb；给定负载转矩τ_L0＝3N·m；给定转速ω₀＝600rpm；其状态向量、机械动能、输入、输出向量分别为

p＝Jω，

其中，i_d和i_q是d-q坐标系下的电流，u_d和u_q是d-q坐标系下的电压；

取永磁同步感应电动机系统的哈密顿函数为电能与机械能的总和，即：

利用端口受控哈密顿系统，将能量耗散的概念引入到端口受控哈密顿系统框架中，得端口受控哈密顿模型为

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{x}=[J\left(x\right)-R\left(x\right)]\frac{\∂H\left(x\right)}{\∂x}+g\left(x\right)u\\ u=g^T\left(x\right)\frac{\∂H\left(x\right)}{\∂x}\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，x∈Rⁿ,u,y∈R^m；R(x)为半正定对称矩阵，R(x)＝R^T(x)≥0，R(x)反映端口上的附加阻性结构；J(x)为反对称矩阵，J(x)＝-J^T(x)，J(x)反映系统内部的互联结构；由此得出永磁同步感应电动机系统的端口受控哈密顿系统模型为

$J\left(x\right)=\left[\begin{array}{ccc}0& 0& n_P{L}_q{i}_q\\ 0& 0& -n_P(L_d{i}_d+\mathrm{\Φ})\\ -n_P{L}_q{i}_q& n_P(L_d{i}_d+\mathrm{\Φ})& 0\end{array}\right],R\left(x\right)=\left[\begin{array}{ccc}{R}_s& 0& 0\\ 0& R_s& 0\\ 0& 0& 0\end{array}\right],$

$g\left(x\right)=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right],\frac{\∂H\left(x\right)}{\∂x}=\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\\ \mathrm{\ω}\end{array}\right]---\left(7\right)$

本实施例步骤(22)确定永磁同步感应电动机平衡点的具体过程为：

对期望的ω₀，在负载转矩恒定已知(τ_L＝τ_L0)时，根据最大转矩/电流原理(i_d0＝0)，由式(1)和式(2)得到期望的平衡点为：

$x_0={\left[\begin{array}{ccc}{x}_{10}& x_{20}& x_{30}\end{array}\right]}^T=\begin{array}{c}\end{array}{\left[\begin{array}{ccc}{L}_d{i}_{d0}& L_q{i}_{q0}& J{\mathrm{\ω}}_0\end{array}\right]}^T={\left[\begin{array}{ccc}0& \frac{L_q{\mathrm{\τ}}_{L0}}{n_p\mathrm{\Φ}}& J{\mathrm{\ω}}_0\end{array}\right]}^T---\left(8\right)$

端口受控哈密顿模型(6)在平衡点处有

${\stackrel{\·}{x}}_0=[J\left(x_0\right)-R]\frac{\∂H\left(x_0\right)}{\∂x_0}+g\left(x_0\right)u\left(x_0\right)---\left(9\right).$

本实施例所述步骤(23)确定的隐极永磁同步感应电动机(L_d＝L_q)系统平衡点对应的输入为

$\left\{\begin{array}{c}{u}_{d0}=R_s{i}_{d0}-n_P{L}_q{i}_{q0}{\mathrm{\ω}}_0\\ u_{q0}=R_s{i}_{q0}+n_P(L_d{i}_{d0}+\mathrm{\Φ}){\mathrm{\ω}}_0\\ {\mathrm{\τ}}_{L0}=n_P\mathrm{\Φ}{i}_{q0}\end{array}\right.---\left(10\right),$

其中，i_d0和i_q0是d-q坐标系下的电流，u_d和u_q是d-q坐标系下的电压。

本实施例步骤(24)隐极永磁同步感应电动机(L_d＝L_q)系统的负载转矩观测器的设计过程为：负载转矩观测器4根据电动机运行的状态估计系统的负载转矩，当负载转矩恒定已知(τ_L＝τ_L0)时，由式(1)可知负载转矩观测器为

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}=\frac{1}{J}(n_P\mathrm{\Φ}{i}_q-{\mathrm{\τ}}_L)\\ {\stackrel{\·}{\mathrm{\τ}}}_L=0\end{array}\right.---\left(11\right)$

当负载转矩恒定未知时，可用式(11)和误差反馈校正，构造负载转矩观测器为

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\widehat{\mathrm{\ω}}}=(n_P\mathrm{\Φ}{i}_q-{\widehat{\mathrm{\τ}}}_L)+k_1(\mathrm{\ω}-\widehat{\mathrm{\ω}})\\ {\stackrel{\·}{\widehat{\mathrm{\τ}}}}_L=k_{2}J(\mathrm{\ω}-\widehat{\mathrm{\ω}})\end{array}\right.---\left(12\right)$

式(12)中，是转子转速估计值，是负载转矩估计值，k₁、k₂是设计参数；ω、i_d、i_q通过传感器测量得到，本实施例的负载转矩观测器的k₁＝1000，k₂＝200。

本实施例步骤(25)隐极永磁同步感应电动机(L_d＝L_q)系统的端口受控哈密顿控制器的设计过程为：

先选取期望哈密顿函数

$H_d\left(\tilde{x}\right)=H\left(\tilde{x}\right)+H_a\left(\tilde{x}\right)=\frac{1}{2}{L}_d{(i_d-i_{d0})}^2+\frac{1}{2}{L}_q{(i_q-i_{q0})}^2+\frac{1}{2}J{(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0)}^2---\left(13\right)$

其中为状态误差，再构造一个加入控制后的闭环期望能量函数使系统模型(6)渐近地稳定在期望的平衡点x₀附近，且闭环系统

$\stackrel{\·}{\tilde{x}}=[J_d\left(\tilde{x}\right)-R_d]\frac{\∂H_d\left(\tilde{x}\right)}{\∂\tilde{x}}---\left(14\right)$

选取期望的闭环能量函数并且H_d(0)＝0，配置满足： $J_d\left(\tilde{x}\right)=J\left(\tilde{x}\right)+J_a\left(\tilde{x}\right)=-J_d^T\left(\tilde{x}\right),R_d=R+R_a=R_d^T\≥0---\left(15\right)$

其中 $J_a\left(\tilde{x}\right)=\left[\begin{array}{ccc}0& J_{12}& J_{13}\\ -J_{12}& 0& J_{23}\\ -J_{13}& -J_{23}& 0\end{array}\right],R_a=\left[\begin{array}{ccc}{r}_1& 0& 0\\ 0& r_2& 0\\ 0& 0& r_3\end{array}\right]---\left(16\right)$

将代入到系统模型(6)可以得到状态误差系统模型

$\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\tilde{x}}=[J_d\left(\tilde{x}\right)-R_d]\frac{\∂H_d\left(\tilde{x}\right)}{\∂\tilde{x}}+[J\left(x_0\right)-J\left(0\right)-J_a\left(\tilde{x}\right)+R_a]\frac{\∂H_d\left(\tilde{x}\right)}{\∂\tilde{x}}\\ +[J\left(x\right)-R]\frac{\∂H\left(x_0\right)}{\∂x_0}+g\left(x\right)u-\left(\right[J\left(x_0\right)-R]\frac{\∂H\left(x_0\right)}{\∂x_0}+g\left(x_0\right)u\left(x_0\right))\end{array}---\left(17\right)$

将期望的闭环系统(14)与状态误差系统模型(17)相比较得到

$\begin{array}{c}[J\left(x_0\right)-J\left(0\right)-J_a\left(\tilde{x}\right)+R_a]\frac{\∂H_d\left(\tilde{x}\right)}{\∂\tilde{x}}+[J\left(x\right)-R]\frac{\∂H\left(x_0\right)}{\∂x_0}+g\left(x\right)u\\ -\left([J\left(x_0\right)-R]\frac{\∂H\left(x_0\right)}{\∂x_0}+g\left(x_0\right)u\left(x_0\right)\right)=0\end{array}---\left(18\right)$

进一步得到

$g\left(x\right)u=-[J\left(x_0\right)-J\left(0\right)-J_a\left(\tilde{x}\right)+R_a]\frac{\∂H_d\left(\tilde{x}\right)}{\∂\tilde{x}}-[J\left(\tilde{x}\right)-J\left(0\right)]\frac{\∂H\left(x_0\right)}{\∂\left(x_0\right)}+g\left(x_0\right)u\left(x_0\right)---\left(19\right)$

解方程(19)得：

$u_d=-r_1{\tilde{i}}_d+J_{12}{\tilde{i}}_q-n_P{L}_q{i}_{q0}\widetilde{\mathrm{\ω}}+J_{23}\widetilde{\mathrm{\ω}}-n_P{L}_q{\tilde{i}}_q{\mathrm{\ω}}_0+u_{d0}---\left(20\right)$

$u_q=-J_{12}{\tilde{i}}_d-r_2{\tilde{i}}_q+n_P{L}_d{i}_{d0}\widetilde{\mathrm{\ω}}+J_{23}\widetilde{\mathrm{\ω}}+n_P{L}_d{\tilde{i}}_d{\mathrm{\ω}}_0+u_{q0}---\left(21\right)$

$-{\mathrm{\τ}}_L=+(n_P{L}_q{i}_{q0}-J_{13}){\tilde{i}}_d-n_P{L}_d{i}_{d0}{\tilde{i}}_q-J_{23}{\tilde{i}}_q-r_3\widetilde{\mathrm{\ω}}+n_P{L}_q{\tilde{i}}_q{i}_{d0}-n_P{L}_d{\tilde{i}}_d{i}_{q0}-{\mathrm{\τ}}_{L0}---\left(22\right)$

隐极永磁同步感应电动机(L_d＝L_q)系统的控制任务是实现转速ω对于期望ω₀的渐近调节，对于期望的ω₀，在负载转矩恒定已知(τ_L＝τ_L0)时，由式(22)可得r₃＝0,J₁₃＝0,J₂₃＝0    (23) 

根据“最大转矩/电流”原理(即i_d0＝0)，并令互联参数J₁₂＝k₀，将式(10)、

式(23)代入式(20)、式(21)后可得端口受控哈密顿控制器为

$u_d=-r_1{\tilde{i}}_d-k{\tilde{i}}_q-n_P{L}_q{i}_{q0}\widetilde{\mathrm{\ω}}-n_P{L}_q{\tilde{i}}_q{\mathrm{\ω}}_0+u_{d0}---\left(24\right)$

$u_q=+k{\tilde{i}}_d-r_2{\tilde{i}}_q+n_P{L}_d{i}_{d0}\widetilde{\mathrm{\ω}}+n_P{L}_d{\tilde{i}}_d{\mathrm{\ω}}_0+u_{q0}---\left(25\right)$

在负载转矩未知时，将负载转矩观测器式(12)代入式(24)、式(25)中可得端口受控哈密顿控制器为

$u_d=-r(e,\stackrel{\·}{e})i_d-k(i_q-\frac{{\widehat{\mathrm{\τ}}}_L}{n_P\mathrm{\Φ}})-n_P{L}_q(i_q-\frac{{\widehat{\mathrm{\τ}}}_L}{n_P\mathrm{\Φ}}){\mathrm{\ω}}_0-n_P{L}_q\frac{{\widehat{\mathrm{\τ}}}_L}{n_P\mathrm{\Φ}}\mathrm{\ω}---\left(26\right)$

$u_q=+{\mathrm{ki}}_d-r(e,\stackrel{\·}{e})(i_q-\frac{{\widehat{\mathrm{\τ}}}_L}{n_P\mathrm{\Φ}})+R_s\frac{{\widehat{\mathrm{\τ}}}_L}{n_P\mathrm{\Φ}}+n_P{L}_d{i}_d{\mathrm{\ω}}_0+n_P\mathrm{\Φ}{\mathrm{\ω}}_0---\left(27\right)$

本实施例的口受控哈密顿控制器中k＝0.5。

本实施例步骤(26)带有阻尼系数调节器的永磁同步感应电动机系统的端口 受控哈密顿控制器的设计过程为：

定义速度误差为e＝ω-ω₀，速度误差变化率为阻尼调节器设计为： $r_1=r_2=r(e,\stackrel{\·}{e})=k_{\mathrm{ep}}e+k_{\mathrm{ed}}\stackrel{\·}{e}---\left(28\right)$

其中k_ep是速度误差的比例系数，k_ed是速度误差变化率的比例系数，根据公式(15)可知，阻尼矩阵将公式(7)，(16)和(28)代入公式(15)可以得到 $r_1=r_2=r(e,\stackrel{\·}{e})\≥-R_s---\left(29\right)$

那么阻尼调节器写为

选择k_ep＝40，k_ed＝0.1；将阻尼调节器(30)代入到端口受控哈密顿控制器(26)、(27)中可以得到带有阻尼调节器的隐极永磁同步感应电动机(L_d＝L_q)系统的端口受控哈密顿控制器：

$u_d=-r(e,\stackrel{\·}{e})i_d-k(i_q-\frac{{\widehat{\mathrm{\τ}}}_L}{n_P\mathrm{\Φ}})-n_P{L}_q(i_q-\frac{{\widehat{\mathrm{\τ}}}_L}{n_P\mathrm{\Φ}}){\mathrm{\ω}}_0-n_P{L}_q\frac{{\widehat{\mathrm{\τ}}}_L}{n_P\mathrm{\Φ}}\mathrm{\ω}---\left(31\right)$

$u_q=+{\mathrm{ki}}_d-r(e,\stackrel{\·}{e})(i_q-\frac{{\widehat{\mathrm{\τ}}}_L}{n_P\mathrm{\Φ}})+R_s\frac{{\widehat{\mathrm{\τ}}}_L}{n_P\mathrm{\Φ}}+n_P{L}_d{i}_d{\mathrm{\ω}}_0+n_P\mathrm{\Φ}{\mathrm{\ω}}_0---\left(32\right).$

Claims (3)

1.一种永磁同步感应电动机速度的控制方法，其特征在于在控制系统中实现，具体包括以下步骤：

(1)、先通过控制系统的速度检测单元测得永磁同步感应电动机的实际转速参数；

(2)、再通过控制系统的电流检测单元测得永磁同步感应电动机定子的三相电流值；

(3)、然后将步骤(1)测得的实际转速参数与步骤(2)测得的三相电流值送给负载转矩观测器得到电动机的负载转矩观测值；

(4)、阻尼调节器根据给定转速和实际转速参数计算得到阻尼系数；

(5)、端口受控哈密顿控制器根据给定转速、步骤(1)测得的实际转速参数、步骤(2)测得的三相电流值、步骤(3)得到的负载转矩观测值和步骤(4)得到的阻尼系数计算出控制电压值，并将控制电压值输送给三相逆变器；

(6)、三相逆变器根据控制电压值将直流电源转变为三相交流电源驱动永磁同步感应电动机；

(7)、永磁同步感应电动机实现稳定输出，然后返回步骤(1)，实现对永磁同步感应电动机的连续控制。

2.根据权利要求1所述永磁同步感应电动机速度的控制方法，其特征在于所述控制系统为以端口受控哈密顿控制器为核心的端口受控哈密顿控制系统，该控制系统的主体结构包括能量控制器模块、电流检测单元、速度检测单元、三相逆变器和永磁同步感应电动机，其中能量控制器模块包括端口受控哈密顿控制器、负载转矩观测器和阻尼调节器；电流检测单元分别与永磁同步感应电动机、能量控制器模块相连，电流检测单元将永磁同步感应电动机的定子三相电流输送给能量控制器模块；速度检测单元分别与永磁同步感应电动机、能量控制器模块相连，速度检测单元将永磁同步感应电动机的转子转速传送给能量控制器模块；能量控制器模块中的负载转矩观测器根据永磁同步感应电动机的定子三相电流与转子速度计算负载转矩，并将负载转矩传送至端口受控哈密顿控制器，阻尼调节器根据转子速度与给定转速计算阻尼系数，并将阻尼系统传输至端口受控哈密顿控制器，端口受控哈密顿控制器根据负载转矩、阻尼系数、定子三相电流和转子速度得到控制电压，并将控制电压输出送到三相逆变器；三相逆变器与能量控制器模块、永磁同步感应电动机相连，三相逆变器根据能量控制器模块给的控制电压值将直流电源转变为三相交流电源驱动永磁同步感应电动机。

3.根据权利要求2所述永磁同步感应电动机速度的控制方法，其特征在于所述能量控制器模块的设计过程包括以下步骤：

(21)、先给出永磁同步感应电动机的端口受控哈密顿模型；

(22)、再确定永磁同步感应电动机的平衡点；

(23)、然后确定隐极永磁同步感应电动机的平衡点对应的输入；

(24)、设计永磁同步感应电动机的负载转矩观测器；

(25)、设计永磁同步感应电动机系统的端口受控哈密顿控制器；

(26)、设计带有阻尼系数调节器的永磁同步感应电动机系统的端口受控哈密顿控制器。