CN114465528A - 电机同步驱动方法及系统 - Google Patents

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CN114465528A CN202210154738.8A CN202210154738A CN114465528A CN 114465528 A CN114465528 A CN 114465528A CN 202210154738 A CN202210154738 A CN 202210154738A CN 114465528 A CN114465528 A CN 114465528A
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motors
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沈文武
秦玉忠
周贤忠
侯亚旅
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Sichuan Leicester Vacuum Technology Co ltd
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Abstract

本申请提供一种电机同步驱动方法及系统，涉及电机控制技术领域。该方法包括：获取多个电机的转速和电流；将多个电机中的当前电机的转速及电流传输至扩张状态观测器，由扩张状态观测器基于转速和电流得到当前电机的观测速度和观测电流；计算多个电机中的当前电机与其他电机的观测速度差和观测电流差；将目标转速和目标电流分别传输至微分跟踪器，并得到当前电机的跟踪微分速度以及跟踪微分电流；分别计算当前电机的观测速度差与跟踪微分速度的速度差以及观测电流差与跟踪微分电流的电流差，并传输其计算结果至非线性状态误差反馈器，得到目标调节电流；根据目标调节电流调节当前电机的转速，以使多个电机同步驱动。

Description

电机同步驱动方法及系统
技术领域
本申请涉及电机控制技术领域，具体而言，涉及一种电机同步驱动方法及系统。
背景技术
目前，在轧钢、造纸、纺织、印刷和数控机床等多个工业领域中，多电机驱动系统方案已经被广泛应用。在这些应用中，对每台电机之间转速的同步性要求越来越高，而同步性的好坏又直接关系到设备运行的稳定性、安全性以及产品的质量。
在双电机同步控制系统中一般采用交叉耦合同步控制结构。而运用先进的控制理论，同时结合交叉耦合控制理论，是双电机同步控制技术的一大发展趋势。但目前的双电机同步控制技术中存在一定的局限性，在调节中超调量与快速性这一矛盾始终没有得到解决，对同步调节的效率较低，影响多电机的同步性。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种电机同步驱动方法及系统，用以解决超调量和快速性之间的矛盾，提高对多电机的同步调节的效率。
主要包括以下几个方面：
第一方面，本申请提供一种电机同步驱动方法，所述方法应用于电机同步驱动系统以控制多个电机，所述系统包括微分跟踪器、扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈器；所述方法包括：
获取所述多个电机的转速和电流；
将所述多个电机中的当前电机的转速及电流传输至所述扩张状态观测器，由所述扩张状态观测器基于所述转速和所述电流得到当前电机的观测速度和观测电流；
计算所述多个电机中的当前电机与其他电机的观测速度差和观测电流差；
将目标转速和目标电流分别传输至所述微分跟踪器，并得到当前电机的跟踪微分速度以及跟踪微分电流；
分别计算当前电机的观测速度差与跟踪微分速度的速度差以及观测电流差与跟踪微分电流的电流差，并传输其计算结果至所述非线性状态误差反馈器，得到目标调节电流；以及
根据所述目标调节电流调节当前电机的转速，以使所述多个电机同步驱动。
本申请实施例提供的电机同步驱动方法，通过计算当前电机与其他电机的观测速度差和观测电流差，并与当前电机的跟踪微分速度和跟踪微分电流计算，得到目标调节电流，以调节当前电机的转速，控制多个电机同步驱动。采用上述方法可解决超调量和快速性的矛盾，实现对电机同步进行精确控制，提高同步的效率，并进一步提高生产效率。
在一些可选的实现方式中，所述系统还包括比例积分控制器和脉宽调制模块，所述根据所述目标调节电流调节当前电机的转速，以使所述多个电机同步驱动，包括：
将所述目标调节电流传输至所述比例积分控制器，得到电流调节值；
将所述电流调节值传输至所述脉宽调制模块，得到电流调节信号；以及
根据所述电流调节信号调节当前电机的转速，以使所述多个电机同步驱动。
在上述实现方式中，通过比例积分控制器对目标调节电流进行调节以及通过脉宽调制模块得到电流调节信号，可实现对电机同步进行精确控制，提高同步的效率，并进一步提高生产效率。
在一些可选的实现方式中，所述方法还包括：
基于所述电机的输入变量、输出变量和状态变量建立所述扩张状态观测器的数学模型；其中，所述扩张状态观测器的数学模型用于基于所述转速和所述电流得到当前电机的观测速度和观测电流。
在一些可选的实现方式中，电机的所述输入变量为u＝[ud uq]T，所述输出变量为x＝[id iq ωr]T，所述状态变量为y＝[id ωr]T，ud，uq为dq轴上的定子电压，id，iq为dq轴上的定子电流，ωr为转子角速度。
在上述实现方式中，基于电机的输入变量、输出变量以及状态变量建立扩张状态观测器的数学模型可以去除当前电机中的转速和电流中的扰动，得到当前电机的观测速度和观测电流，以提高控制电机同步驱动的精度。
在一些可选的实现方式中，所述微分跟踪器的控制函数为：
Figure BDA0003511964430000031
Figure BDA0003511964430000032
其中，T为时间惯性常数，v为目标转速或目标电流。
在上述实现方式中，采用微分跟踪器对原始信号进行有效跟踪，可以减小系统中的噪声干扰。
在一些可选的实现方式中，所述系统还包括位置编码器和电流传感器，所述获取所述多个电机的转速和电流，包括：
通过所述位置编码器获取所述多个电机的转速；
通过所述电流传感器获取所述多个电机的电流。
在上述实现方式中，采用位置编码器获取电机的转速和采用电流传感器获取电机的电流，基于电机的转速和电流对多个电机的转动进行控制，以实现多个电机同步驱动。
在一些可选的实现方式中，所述多个电机包括第一电机和第二电机，所述获取所述多个电机的转速和电流，包括：获取所述第一电机的转速和电流和所述第二电机的转速和电流。
在上述实现方式中，该电机同步驱动方法应用于双电机同步驱动系统，分别获取第一电机和第二电机的转速和电流，实现第一电机和第二电机同步驱动，并实现快速响应。
在一些可选的实现方式中，所述计算所述多个电机中的当前电机与其他电机的观测速度差和观测电流差，包括：
计算所述第一电机和所述第二电机的观测速度差以及计算所述第一电机和所述第二电机的观测电流差。
在上述实现方式中，通过计算第一电机和第二电机的观测速度差和观测电流差，可时效内第一电机和第二电机同步驱动，并实现快速响应。
第二方面，本申请实施例提供一种电机同步驱动系统，所述系统用于控制多个电机，所述系统包括微分跟踪器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈器、位置编码器以及电流传感器；所述位置编码器与所述多个电机中的当前电机连接，用于获取当前电机的转速；
所述电流传感器与所述多个电机中的当前电机连接，用于获取当前电机的电流；
所述扩张状态观测器用于基于当前电机的转速和电流得到当前电机的观测速度和观测电流；
所述微分跟踪器用于根据目标转速和目标电流得到当前电机的跟踪微分速度和跟踪微分电流；以及
所述非线性状态误差反馈器用于基于当前电机的观测速度差与跟踪微分速度的速度差以及观测电流差与跟踪微分电流的电流差得到目标调节电流，以使所述多个电机同步驱动。
在上述实现方式中，将多个电机的观测速度和观测电流做差，并采用非线性状态误差反馈器基于观测速度差与跟踪微分速度的速度差以及观测电流差与跟踪微分电流的电流差得到目标调节电流，以调节当前电机的转速，以使多个电机同步驱动。采用上述系统可解决超调量和快速性的矛盾，时效内对电机同步进行精确控制，提高同步的效率，并进一步提高生产效率。
在一些可选的实现方式中，所述系统还包括比例积分控制器和脉宽调制模块；
所述比例积分控制器用于基于所述目标调节电流得到电流调节值；以及
所述脉宽调制模块用于基于所述电流调节值得到电流调节信号。
第三方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有程序指令，所述处理器读取并运行所述程序指令时，执行上述任一实现方式中的步骤。
第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读取存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行上述任一实现方式中的步骤。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的电机同步驱动系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的电机同步驱动方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的双电机同步驱动方法的流程图；
图4为本申请实施例提供的另一种电机同步驱动系统的结构示意图；以及
图5为本申请实施例提供的电子设备的方框示意图。
图标：100-电机同步驱动系统；102-电机同步驱动系统；110-微分跟踪器；120-扩张状态观测器；130-非线性状态误差反馈器；140-比例积分控制器；150-脉宽调制模块；160-位置编码器；170-电流传感器；300-电子设备；310-处理器；320-存储器。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
申请人在研究的过程中发现：传统的交叉耦合结构中的双电机存在耦合关系，当一台电机受到外界干扰或电机故障时，导致负载突变，转速发生变化，另一台电机因反馈系数的作用实现转速补偿进行跟随，实现双电机同步运行。而传统的交叉耦合结构反馈双电机的位置和位置差到转速环进行补偿，存在一定的局限性，没有解决超调量与快速性这一矛盾。
有基于此，本申请实施例提供一种电机同步驱动方法，该方法应用于电机同步驱动系统以控制多个电机，采用上述方法可解决超调量和快速性的矛盾，实现对电机同步进行精确控制，提高同步的效率，并进一步提高生产效率。下面通过几个实施例描述本申请提供的方法。
为了便于对本实施例进行理解，首先对执行本申请实施例过公开的电机同步驱动方法的电机同步驱动系统进行详细介绍。
请参看图1，图1是本申请实施例提供的电机同步驱动系统的结构示意图。
本申请实施例提供一种电机同步驱动系统100，电机同步驱动系统100用于控制当前电机，即多个待同步电机中的一个，该系统包括：微分跟踪器110、扩张状态观测器120、非线性状态误差反馈器130、位置编码器160以及电流传感器170。
其中，位置编码器160与多个电机中的当前电机连接，用于获取当前电机的转速。
电流传感器170与多个电机中的当前电机连接，用于获取当前电机的电流。
扩张状态观测器120用于基于当前电机的转速和电流得到当前电机的观测速度和观测电流。
微分跟踪器110用于根据目标转速ωref和目标电流iref得到当前电机的跟踪微分速度和跟踪微分电流。
非线性状态误差反馈器130用于基于当前电机的观测速度差与跟踪微分速度的速度差以及观测电流差与跟踪微分电流的电流差得到目标调节电流，以使多个电机同步驱动。
需要说明的是，本申请中的多个电机可以为2个电机、3个电机或更多的电机，电机的数量可以根据实际情况具体设置。
容易理解地，多个电机中的其他电机也相应的连接其所对应的电机同步驱动系统100，以通过多个电机同步驱动系统100从而实现多个电机的同步。例如，本发明所提供的双电机的同步系统的结构如图4中所示。
可选地，电机同步驱动系统100还可以包括比例积分控制器140和脉宽调制模块150。
其中，比例积分控制器140用于基于目标调节电流得到电流调节值。
请参看图2，图2为本申请实施例提供的电机同步驱动方法的流程图。该电机同步驱动方法应用于上述电机同步驱动系统100以控制多个电机，电机同步驱动方法包括步骤210至步骤260。
步骤210、获取多个电机的转速和电流。
示例性地，多个电机可以是永磁同步电机，永磁同步机采用永磁体励磁，因此不需外界能量即可维持其磁场，但这也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。大多数永磁同步电机在应用中，可以不进行磁场控制而只进行电枢控制。
步骤220、将多个电机中的当前电机的转速及电流传输至扩张状态观测器，由扩张状态观测器基于转速和电流得到当前电机的观测速度和观测电流。
示例性地，扩张状态观测器可以是根据系统的输入变量和输出变量的实测值得到状态变量估计值的一类动态系统。在本发明中，将当前电机的转速传输至扩张状态观测器，可得到当前电机的实际转速和转速中的扰动观测值，其中，实际转速为当前电机的观测速度。将当前电机的电流传输至扩张状态观测器，可得到当前电机的实际电流和电流中的扰动观测值，其中，实际电流为当前电机的观测电流。
步骤230、计算多个电机中的当前电机与其他电机的观测速度差和观测电流差。
示例性地，计算多个电机中的当前电机与其他电机的观测速度差和观测电流差可获得当前电机与其他电机的速度差及电流差，可便于基于速度差和电流差对电机进行同步控制，提高同步控制精度。
步骤240、将目标转速和目标电流分别传输至微分跟踪器，并得到当前电机的跟踪微分速度以及跟踪微分电流。
示例性地，微分跟踪器是滤除输入信号的噪声并提取器微分信号的模型。其中，目标转速可以是一个阶跃信号，将目标转速输入微分跟踪器后，得到的跟踪微分速度可以快速跟踪目标转速，且可以滤除目标转速中的噪声。
示例性地，目标电流也可以是一个阶跃信号，将目标转速输入微分跟踪器后，得到的跟踪微分电流可以快速跟踪目标电流，且可以滤波目标电流中的噪声。
步骤250、分别计算当前电机的观测速度差与跟踪微分速度的速度差以及观测电流差与跟踪微分电流的电流差，并传输其计算结果至非线性状态误差反馈器，得到目标调节电流。
示例性地，计算当前电机的观测速度差的正值与跟踪微分速度的速度差或计算其他电机的观测速度差的负值与跟踪微分速度的速度差，并传输其计算结果至非线性状态误差反馈器。
示例性地，计算当前电机的观测速度差的正值与跟随微分电流的电流差或计算其他电机的观测速度差的负值与跟踪微分电流的电流差，并传输其计算结果至非线性状态误差反馈器。
示例性地，非线性状态误差反馈器把微分跟踪器的跟踪微分速度和扩张状态观测器的状态变量进行线性组合，得到目标调节电流。
步骤260、根据目标调节电流调节当前电机的转速，以使多个电机同步驱动。
示例性地，根据目标调节电流调节当前电机的转速，控制多个电机同步驱动，可解决超调量和快速性之间的矛盾，实现对电机同步进行精确控制，提高同步的效率，并进一步提高生产效率。
可选地，步骤260可以包括步骤261-步骤263。
步骤261、将目标调节电流传输至比例积分控制器，得到电流调节值。
示例性地，比例积分控制器中比例部分可以使得控制器的输入输出成比例关系，通过调节比例系数，可以减小偏差、加快响应速度以及缩短调节时间，但比例作用过大会使系统动态性能变坏，甚至会使闭环系统不稳定。比例积分控制器中的积分部分的引入有利于消除稳态误差。使用比例积分控制器可以控制及时、迅速，只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。
步骤262、将电流调节值传输至脉宽调制模块，得到电流调节信号。
示例性地，脉宽调制模块采用SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)技术，脉宽调制模块基于电流调节值控制三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波。
步骤263、根据电流调节信号调节当前电机的转速，以使多个电机同步驱动。
示例性地，当前电机的控制模块可以是逆变器模块，电流调节信号控制逆变器模块中晶体管的触发导通，从而控制电机的定子电流以控制电机的转速，实现多个电机的同步驱动。
可选地，电机同步驱动方法还可以包括步骤270。
步骤270、基于电机的输入变量、输出变量和状态变量建立扩张状态观测器的数学模型。
其中，扩张状态观测器的数学模型用于基于转速和电流得到当前电机的观测速度和观测电流。
示例性地，输入变量可以是电机在dq轴上的定子电压，输出变量可以是电机在dq轴上的定子电流以及转子角速度，状态变量为d轴定子电流以及转子角速度。
可选地，步骤270可以包括：电机的输入变量为u＝[ud uq]T，输出变量为x＝[id iqωr]T，状态变量为y＝[id ωr]T，ud，uq为dq轴上的定子电压，id，iq为dq轴上的定子电流，ωr为转子角速度。
示例性地，电机在dq轴上的数学模型为：
Figure BDA0003511964430000121
其中，id，iq为dq轴上的定子电流，ud，uq为dq轴上的定子电压，L和rs为定子电感和电阻，ψs为转子给定磁链，ωr为转子角速度，TL为负载转矩，J为电机转动惯量。
示例性地，基于电机在dq轴上的数学模型和电机的输入变量、输出变量以及状态变量，可以得到矩阵A：
Figure BDA0003511964430000122
可选地，微分跟踪器的控制函数为：
Figure BDA0003511964430000123
其中，T为时间惯性常数，v为目标转速或目标电流。
示例性地，微分跟踪器的控制函数在时域中为：
Figure BDA0003511964430000131
Figure BDA0003511964430000132
其中，当时间t趋于无穷大时，y(t)＝v(t)，即得到跟踪微分速度和跟踪微分电流。
可选地，步骤210可以包括步骤211和步骤212。
步骤211、通过位置编码器获取多个电机的转速。
示例性地，位置编码器可以通过测量单位时间内电机的A相输出的脉冲数来得到电机的转速，其公式为：
Figure BDA0003511964430000133
ω＝2πn
其中，n为转速，ω为角速度，R为编码器分辨率，Δp是单位时间Δt内采集的脉冲数。
步骤212、通过电流传感器获取多个电机的电流。
示例性地，电流传感器可以是霍尔电流传感器，其原边电流IP产生的磁通被高品质磁芯聚集在磁路中，霍尔元件固定在很小的气隙中，对磁通进行线性检测，霍尔器件输出的霍尔电压经过特殊电路处理后，副边输出与原边波形一致的跟随输出电压，此电压能够精确反映原边电流的变化。本申请实施例可通过电流传感器获取当前电机的三相电流。
示例性地，基于三相电流，通过坐标变换得到当前电机的d轴电流和q轴电流。经过2/3矢量变换可以得到d轴和q轴的电流分量，它们之间的转换公式为：
Figure BDA0003511964430000141
其中，id为d轴电流，iq为q轴电流。
可选地，多个电机可以包括第一电机和第二电机，步骤210可以包括：
获取第一电机的转速和电流和第二电机的转速和电流。
可选地，步骤230可以包括：计算第一电机和第二电机的观测速度差以及计算第一电机和第二电机的观测电流差。
示例性地，本申请实施例提供的同步驱动方法可应用于双电机，如图3所示，图3为本申请实施例提供的双电机同步驱动方法的流程图。该方法可以包括步骤a至步骤e。
步骤a、获取第一电机和第二电机的转速和电流。
步骤b、将第一电机和第二电机的转速及电流传输至扩张状态观测器，由扩张状态观测器基于转速和电流得到第一电机和第二电机的观测速度和观测电流。
步骤c、计算第一电机和第二电机的观测速度差和观测电流差。
步骤d、将目标转速和目标电流分别传输至微分跟踪器，得到跟踪微分速度以及跟踪微分电流。
步骤e、分别计算观测速度差与跟踪微分速度的速度差以及观测电流差与跟踪微分电流的电流差，并传输其计算结果至所述非线性状态误差反馈器，得到目标调节电流。
步骤f、根据目标调节电流调节第一电机和第二电机的转速，以使第一电机和第二电机同步驱动。
基于同一申请构思，本申请实施例中还提供了与电机同步驱动方法对应的电机同步驱动系统，由于本申请实施例中的系统解决问题的原理与前述的电机同步驱动方法的实施例相似，因此本实施例中的系统的实施可以参见上述方法的实施例中的描述，重复之处不再赘述。
可选地，如图4所示，图4为本申请实施例提供的另一种电机同步驱动系统的结构示意图。
可选地，本申请实施例提供的电机同步驱动系统102，电机同步驱动系统102用于控制双电机同步驱动，分别是第一电机和第二电机。
其中，位置编码器160分别与对应的第一电机和第二电机连接，用于获取第一电机和第二电机的转速。
电流传感器170分别与对应的第一电机和第二电机连接，用于获取第一电机和第二电机的电流。
扩张状态观测器120用于基于当前电机的转速和电流得到当前电机的观测速度和观测电流。
微分跟踪器110用于根据目标转速和目标电流得到当前电机的跟踪微分速度和跟踪微分电流。
非线性状态误差反馈器130用于基于当前电机的观测速度差与跟踪微分速度的速度差以及观测电流差与跟踪微分电流的电流差得到目标调节电流，以使多个电机同步驱动。
可选地，电机同步驱动系统102还可以包括比例积分控制器140和脉宽调制模块150。
其中，比例积分控制器140用于基于目标调节电流得到电流调节值。本实施例中的系统的实施可以参见上述方法的实施例中的描述，重复之处不再赘述。
请参看图5，图5为本申请实施例提供的电子设备的方框示意图。本申请实施例对电机同步驱动方法运行的电子设备进行介绍。电子设备300可以包括处理器310和存储器320。本领域普通技术人员可以理解，图5所示的结构仅为示意，其并不对电子设备300的结构造成限定。例如，电子设备300还可包括比图5中所示更多或者更少的组件，或者具有与图5所示不同的配置。
可选地，电子设备300可以是智能手机、个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、移动上网设备(mobileInternet device，MID)等。
上述的处理器310和存储器320相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。上述的处理器310用于执行存储器中存储的可执行模块。
其中，存储器320可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，只读存储器(Read Only Memory，简称ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-Only Memory，简称PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EEPROM)等。其中，存储器320用于存储程序，所述处理器310在接收到执行指令后，执行所述程序，本申请实施例任一实施例揭示的过程定义的电子设备300所执行的方法可以应用于处理器310中，或者由处理器310实现。
上述的处理器310可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器310可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(digital signalprocessor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
本实施例中的电子设备300可以用于执行本申请实施例提供的各个方法中的各个步骤。
此外，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述方法任一方法的步骤。
本申请实施例所提供的电机同步驱动方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行上述方法实施例中所述的电机同步驱动方法的步骤，具体可参见上述方法实施例，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机同步驱动方法，其特征在于，所述方法应用于电机同步驱动系统以控制多个电机，所述系统包括微分跟踪器、扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈器；所述方法包括：
获取所述多个电机的转速和电流；
将所述多个电机中的当前电机的转速及电流传输至所述扩张状态观测器，由所述扩张状态观测器基于所述转速和所述电流得到当前电机的观测速度和观测电流；
计算所述多个电机中的当前电机与其他电机的观测速度差和观测电流差；
将目标转速和目标电流分别传输至所述微分跟踪器，并得到当前电机的跟踪微分速度以及跟踪微分电流；
分别计算当前电机的观测速度差与跟踪微分速度的速度差以及观测电流差与跟踪微分电流的电流差，并传输其计算结果至所述非线性状态误差反馈器，得到目标调节电流；以及
根据所述目标调节电流调节当前电机的转速，以使所述多个电机同步驱动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统还包括比例积分控制器和脉宽调制模块，所述根据所述目标调节电流调节当前电机的转速，以使所述多个电机同步驱动，包括：
将所述目标调节电流传输至所述比例积分控制器，得到电流调节值；
将所述电流调节值传输至所述脉宽调制模块，得到电流调节信号；以及
根据所述电流调节信号调节当前电机的转速，以使所述多个电机同步驱动。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于所述电机的输入变量、输出变量和状态变量建立所述扩张状态观测器的数学模型；其中，所述扩张状态观测器的数学模型用于基于所述转速和所述电流得到当前电机的观测速度和观测电流。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中，电机的所述输入变量为u＝[ud uq]T，所述输出变量为x＝[id iq ωr]T，所述状态变量为y＝[id ωr]T，ud，uq为dq轴上的定子电压，id，iq为dq轴上的定子电流，ωr为转子角速度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微分跟踪器的控制函数为：
Figure FDA0003511964420000021
其中，T为时间惯性常数，v为目标转速或目标电流。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统还包括位置编码器和电流传感器，所述获取所述多个电机的转速和电流，包括：
通过所述位置编码器获取所述多个电机的转速；
通过所述电流传感器获取所述多个电机的电流。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个电机包括第一电机和第二电机，所述获取所述多个电机的转速和电流，包括：获取所述第一电机的转速和电流和所述第二电机的转速和电流。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述计算所述多个电机中的当前电机与其他电机的观测速度差和观测电流差，包括：
计算所述第一电机和所述第二电机的观测速度差以及计算所述第一电机和所述第二电机的观测电流差。
9.一种电机同步驱动系统，其特征在于，所述系统用于控制多个电机，所述系统包括微分跟踪器、扩张状态观测器、非线性状态误差反馈器、位置编码器以及电流传感器；
所述位置编码器与所述多个电机中的当前电机连接，用于获取当前电机的转速；
所述电流传感器与所述多个电机中的当前电机连接，用于获取当前电机的电流；
所述扩张状态观测器用于基于当前电机的转速和电流得到当前电机的观测速度和观测电流；
所述微分跟踪器用于根据目标转速和目标电流得到当前电机的跟踪微分速度和跟踪微分电流；以及
所述非线性状态误差反馈器用于基于当前电机的观测速度差与跟踪微分速度的速度差以及观测电流差与跟踪微分电流的电流差得到目标调节电流，以使所述多个电机同步驱动。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括比例积分控制器和脉宽调制模块；
所述比例积分控制器用于基于所述目标调节电流得到电流调节值；以及
所述脉宽调制模块用于基于所述电流调节值得到电流调节信号。
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