CN114924487B - 基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器及控制方法。电机模拟器包括数字信号处理系统以及依次连接的接口滤波器、电机模拟单元和能量处理单元，接口滤波器与外部的电机驱动器相互连接；电机驱动器与接口滤波器之间设置有第一电压传感器以及电流传感器，电机模拟单元与能量处理单元之间设置有第二电压传感器；第一电压传感器、电流传感器和第二电压传感器分别与数字信号处理系统的输入端连接；电机模拟单元、能量处理单元和电机驱动器分别与数字信号处理系统的输出端连接；数字信号处理系统包括鲁棒观测器、非线性控制模块和泄放控制模块；电机模拟单元采用三相桥式全控整流电路。实施本发明技术方案可以提高电机模拟器的控制精度。

Description

基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器及其控制方法

技术领域

本发明属于电机模拟系统技术领域，具体涉及一种基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器及其控制方法。

背景技术

传统上，在电机驱动器的测试和考核过程中，需要接入电机及其机械负载来对其控制性能进行评估。若采用实物测试的方法，则需要开发者投入大量的人力、物力、财力，造成成本的增加及生产周期的延长。并且这种方案具有系统复杂、参数调节不灵活等缺点，因此在电机驱动器的设计、开发过程中应用各种仿真测试手段来辅助实物测试成为开发人员的共识。为了克服传统的电机驱动器测试的缺点，国内外学者利用功率硬件在环仿真技术，通过电力电子器件对电机的电气特性进行模拟，即电机模拟器。

精度是电机模拟器的重要评价指标，电机模拟器对实际电机模拟的精确程度，是衡量电机模拟器性能的关键，也直接影响电机驱动器设计的合理性。目前，电机模拟器的拓扑结构常采用滤波器加电流源电路的形式，存在模拟大功率时精度不高、发热严重等问题，严重影响电机模拟器系统的模拟效果。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器及控制方法，提高电机模拟器的控制精度。

为了实现上述目的，提出一种基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器，包括数字信号处理(简称DSP)系统、接口滤波器、电机模拟单元以及能量处理单元，所述接口滤波器、电机模拟单元以及能量处理单元依次相互连接，所述接口滤波器与外部的电机驱动器相互连接；

所述电机驱动器与所述接口滤波器之间设置有第一电压传感器以及电流传感器，所述电机模拟单元与所述能量处理单元之间设置有第二电压传感器；

所述第一电压传感器、所述电流传感器和所述第二电压传感器分别与所述数字信号处理系统的输入端连接；

所述电机模拟单元、所述能量处理单元和所述电机驱动器分别与所述数字信号处理系统的输出端连接；

所述数字信号处理系统包括鲁棒观测器、非线性控制模块和泄放控制模块；

所述电机模拟单元采用三相桥式全控整流电路。

可选的，所述接口滤波器采用三相电阻与电感串联的结构；

所述能量处理单元包括单管IGBT(英文为Insulated Gate Bipolar Transistor的缩写，中文为绝缘栅双极型晶体管)与电阻，所述单管IGBT与电阻串联后与电源与二极管依次连接，所述单管IGBT与电阻串联后与电容并联；

所述三相桥式全控整流电路采用IGBT作为功率器件。

可选的，所述数字信号处理系统为浮点型高速数字信号处理系统。

可选的，所述第一电压传感器为三相霍尔电压传感器，所述电流传感器为三相霍尔电流传感器，所述第二电压传感器为两相霍尔电压传感器。

为了实现上述目的，还提出一种基于本发明内容任一项所述的基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器的控制方法，包括：

获取第一电压传感器采集的三相电压信号、电流传感器采集的三相电流信号和第二电压传感器采集的两相电压信号；

基于所述三相电压信号解算出电机电流和转子角度；

利用鲁棒观测器和非线性控制器，基于所述电机电流和所述三相电流信号生成三相桥的控制指令信号；

基于所述控制指令信号、所述两相电压信号以及所述转子角度生成三相桥的PWM(脉冲宽度调制)控制信号。

可选的，所述基于所述三相电压信号解算出电机电流和转子角度包括：

利用电机电压方程基于所述三相电压信号解算出电机电流；

利用电机运动方程基于所述电机电流解算出电机速度以及计算解算出转子角度，其中，所述电机速度代回电机电压方程。

可选的，所述电机电压方程包括：

u_d为dq坐标系下永磁同步电动机的d轴电压，u_q为dq坐标系下永磁同步电动机的q轴电压，r_s为电枢电阻，ψ_d为d轴磁链，ψ_q为q轴磁链，i_d为d轴电流，i_q为q轴电流，ω_e为电角速度；

其中，

L_d为d轴电感，L_q为q轴电感，ψ_f为定子磁链；

所述运动方程包括：

T_e表示永磁同步电机电磁转矩，T_L表示永磁同步电机负载转矩，B为粘滞摩擦系数，ω_m为机械角速度，J为电机及其机械负载的转动惯量；

其中，

p_n为电机极对数。

可选的，所述基于所述三相电压信号解算出电机电流和转子角度包括：

构建dq坐标系下的永磁同步电机离散化解算模型；

利用所述永磁同步电机离散化解算模型，基于第一电压传感器采集的三相电压信号，得到电机速度和转子角度；

所述永磁同步电机离散化解算模型为：

式中，和/>为电机速度，/>的积分为转子角度；

i_d为d轴电流，k为采样点数，h代表仿真步长，L_d为d轴电感，r_s为电枢电阻，i_d为d轴电流，ω_e为电角速度，L_q为q轴电感；

i_q为q轴电流，u_d为dq坐标系下永磁同步电动机的d轴电压，i_q为q轴电流，L_q为q轴电感，L_d为d轴电感，ψ_f为定子磁链，u_q为dq坐标系下永磁同步电动机的q轴电压；

ω_m为机械角速度，J为电机及其机械负载的转动惯量，p_n为电机极对数，T_L表示永磁同步电机负载转矩，B为粘滞摩擦系数。

可选的，利用鲁棒观测器和所述非线性控制器，基于所述电机电流、所述三相电流信号生成控制指令信号包括：

鲁棒观测器得到所述电机电流后，生成各状态量给非线性控制模块，非线性控制模块基于各状态量和霍尔电流传感器采集的三相电流信号生成控制指令信号，其中，所述各状态量包括跟踪系统输出的状态量和跟踪系统输出微分的状态量。

可选的，利用鲁棒观测器和所述非线性控制器，基于所述电机电流、所述三相电流信号生成控制指令信号包括：

三相电流信号经非线性跟踪微分器得到跟踪微分结果；

电机电流经鲁棒观测器得到观察结果；

将跟踪微分结果和观测结果送入非线性控制器，得到控制指令信号；

其中，所述非线性微分跟踪器形式为：

式中，v为输入信号，v₁为安排的过渡过程，v₂为对过渡过程的微分，k为采样点，h为仿真步长，fst(·)函数为最速控制综合函数，δ为决定跟踪快慢的参数；

所述鲁棒观测器形式为:

式中，e为跟踪误差，z₁是跟踪系统输出的状态量，z₂是跟踪系统输出微分的状态量，z₃是系统扩张的一个状态量，β₀₁，β₀₂，β₀₃为鲁棒观测器的不同反馈增益，b₀为放大系数，u为控制指令信号

所述非线性控制器PID(Proportional-Integral-Differential，中文意思是比例-积分-微分)形式：

式中，e为跟踪误差，β₁为跟踪输入信号增益，β₂为跟踪输入信号增益，a₁，a₂为非线性增益控制参数，δ为非线性切换点，e₁＝z₁-v₁，e₂＝z₂-v₂。

本发明的有益效果是：

(1)本发明数字信号处理系统可接收第一电压传感器、电流传感器和第二电压传感器的传感器信号，利用鲁棒观测器、非线性控制模块和泄放控制模块运算生成指令，将指令发送给电机模拟单元、能量处理单元以及外部电机驱动器，实现电机模拟器电流对解算电流的跟踪，提高电机模拟器系统的控制精度。

(2)本发明采用三相电阻、电感的接口滤波器结构，三相桥式IGBT全控整流电路的电机模拟单元结构，由直流电源、二极管、稳压电容供电，单管IGBT串联电阻泄放的能量处理单元结构，提高电机模拟器系统的控制性能；

(3)本发明是基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器的拓扑结构与控制方法，其优点及功效在于通过对拓扑结构以及控制方法的设计创新，使所设计的电机模拟器具有良好的运行性能，系统精度高，可有效地满足电机控制器测试过程中对电机模拟器的性能要求。

附图说明

图1示出了本发明实施例的基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器的整体结构示意图；

图2示出了本发明实施例的电机模拟器的拓扑结构示意图；

图3示出了本发明实施例的基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器的控制方法的流程示意图；

图4示出了本发明实施例的基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器的控制方法的另一种流程示意图；

图5示出了本发明实施例的的基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器的控制方法的再一种流程示意图；

图6示出了本发明实施例的数字信号处理系统的流程示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明，并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本公开实施例，针对电机模拟器对实际电机模拟的精确程度的需求，提供一种电机模拟器系统及其控制方法，特别是一种基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器的拓扑结构及对应的高精度控制方法，通过对拓扑结构、控制方法的设计创新，使所设计的电机模拟器具有良好的精度，通过鲁棒观测器和非线性控制的控制方式，提高控制的稳定性，提高系统的控制性能。

参见图1，基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟包括数字信号处理系统1(可采用浮点型高速数字信号处理系统)、接口滤波器2、电机模拟单元3以及能量处理单元4，接口滤波器2、电机模拟单元3以及能量处理单元4依次相互连接，接口滤波器2与外部的电机驱动器5相互连接；电机驱动器5与接口滤波器2之间设置有第一电压传感器6以及电流传感器7，电机模拟单元3与能量处理单元4之间设置有第二电压传感器8；第一电压传感器6、电流传感器7和第二电压传感器8分别与数字信号处理系统1的输入端连接；电机模拟单元3、能量处理单元4和电机驱动器5分别与数字信号处理系统1的输出端连接；数字信号处理系统1包括鲁棒观测器、非线性控制模块和泄放控制模块；电机模拟单元3采用三相桥式全控整流电路。其中，数字信号处理系统1可采用主频为150MHz且具有32位浮点处理单元的浮点型高速DSP芯片。

本实施例方式中的电机模拟器，数字信号处理系统1可接收第一电压传感器6、电流传感器7和第二电压传感器8的传感器信号，利用鲁棒观测器、非线性控制模块和泄放控制模块运算生成指令，将指令发送给电机模拟单元3、能量处理单元4以及外部电机驱动器5，因此可以提高控制精度。

作为本发明的一个实施方式，参见图1，数字信号处理系统1与上位机9进行实时交互，上位机可用于参数设定和显示。

作为本发明的一个实施方式，参见图1，第一电压传感器6为三相霍尔电压传感器，电流传感器7为三相霍尔电流传感器7，第二电压传感器8为霍尔电压传感器，具体为两相霍尔电压传感器。

作为本发明的一个实施方式，参见图2，电机模拟器拓扑结构如图所示，接口滤波器2采用三相电阻分别与电感串联的结构。电机模拟单元3采用三相桥式全控整流电路，使用IGBT作为功率器件。能量处理单元4包括单管IGBT与电阻，单管IGBT与电阻串联后与电源与二极管依次连接，单管IGBT与电阻串联后与电容并联，能量处理单元4采用单管IGBT串联电阻的泄放形式，通过电源与二极管提供能量，电容起稳压作用。

参见图3和图4，本实施例提供了基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器的控制方法，包括：

S1，获取第一电压传感器采集的三相电压信号、电流传感器采集的三相电流信号和第二电压传感器采集的两相电压信号；

S2，基于三相电压信号解算出电机电流和转子角度；

S3，利用鲁棒观测器和非线性控制器，基于电机电流和三相电流信号生成三相桥的控制指令信号；

S4，基于控制指令信号、两相电压信号以及转子角度生成三相桥的PWM控制信号。

本发明采用数字信号处理系控制架构，采用三相桥式全控整流电路的电机模拟单元结构，利用第一电压传感器采集的三相电压信号、电流传感器采集的三相电流信号和第二电压传感器采集的两相电压信号实现相应的PWM控制信号。

S4中，在得到控制指令信号、两相电压信号以及转子角度后，可利用已有计算模型基于控制指令信号、两相电压信号以及转子角度生成三相桥的PWM控制信号，本实施例不做限定。三相桥的PWM控制信号可输出给电机模拟单元以控制电机模拟单元。

在一个实施方式中，参见图4，控制方法利用泄放控制模块根据第二电压传感器采集的两相电压信号生成滞环信号，滞环信号输出给能量处理单元。此处可采用已有的技术方案根据第二电压传感器采集的两相电压信号生成滞环信号，本实施例方式不再详细说明。

在一个实施方式中，参见图4，控制方法在得到转子角度后，可模拟旋变信号提供给外部的电机控制器。

在一个实施方式中，步骤S2中，基于三相电压信号解算出电机电流和转子角度包括：

利用电机电压方程基于三相电压信号解算出电机电流；

利用电机运动方程基于电机电流解算出电机速度以及计算解算出转子角度。

电机电压方程包括：

u_d为dq坐标系下永磁同步电动机的d轴电压，u_q为dq坐标系下永磁同步电动机的q轴电压，r_s为电枢电阻，ψ_d为d轴磁链，ψ_q为q轴磁链，i_d为d轴电流，i_q为q轴电流，ω_e为电角速度；

L_d为d轴电感，L_q为q轴电感，ψ_f为定子磁链；

运动方程包括：

T_e表示永磁同步电机电磁转矩，T_L表示永磁同步电机负载转矩，B为粘滞摩擦系数，ω_m为机械角速度，J为电机及其机械负载的转动惯量；

p_n为电机极对数。

三相电压信号转换为d轴电压和dq坐标系下永磁同步电动机的q轴电压，根据电机电压方程即可得到相应的电机电流，即d轴电流i_d、q轴电流i_q。

运动方程中计算机械角速度后，积分可得到转子角度。

在一个实施方式中，步骤S2中，基于三相电压信号解算出电机电流和转子角度包括：

构建dq坐标系下的永磁同步电机离散化解算模型；

利用永磁同步电机离散化解算模型，基于第一电压传感器采集的三相电压信号，得到电机速度和转子角度。

永磁同步电机离散化解算模型为：

其中，和/>为电机速度，/>的积分为转子角度；

i_d为d轴电流，k为采样点数，h代表仿真步长，L_d为d轴电感，r_s为电枢电阻，i_d为d轴电流，ω_e为电角速度，L_q为q轴电感；

i_q为q轴电流，u_d为dq坐标系下永磁同步电动机的d轴电压，i_q为q轴电流，L_q为q轴电感，L_d为d轴电感，ψ_f为定子磁链，u_q为dq坐标系下永磁同步电动机的q轴电压；

ω_m为机械角速度，J为电机及其机械负载的转动惯量，p_n为电机极对数，T_L表示永磁同步电机负载转矩，B为粘滞摩擦系数。

上述(5)可根据式(1)～式(4)得到式(6)，通过Euler(欧拉函数)法对式(6)离散化处理后得。

示例性的，步骤S3包括：

三相电流信号经非线性跟踪微分器得到跟踪微分结果；

电机电流经鲁棒观测器得到观察结果；

将跟踪微分结果和观测结果送入非线性控制器，得到控制指令信号。

其中，非线性微分跟踪器形式为：

式中，v为输入信号，v₁为安排的过渡过程，v₂为对过渡过程的微分，k为采样点，h为仿真步长，fst(·)函数为最速控制综合函数，δ为决定跟踪快慢的参数；

非线性控制器PID形式：

式中，e为跟踪误差，β₁为跟踪输入信号增益，β₂为跟踪输入信号增益，a₁，a₂为非线性增益控制参数，δ为非线性切换点，e₁＝z₁-v₁，e₂＝z₂-v₂；v₁、v₂从非线性跟踪微分器得到，z₁、z₂从鲁棒观测器得到。

鲁棒观测器形式为:

式中，e为跟踪误差，z₁是跟踪系统输出的状态量，z₂是跟踪系统输出微分的状态量，z₃是系统扩张的一个状态量，观测的是系统的总扰动，β₀₁，β₀₂，β₀₃为鲁棒观测器的不同反馈增益，b₀为放大系数，u为控制指令信号。上述系统指的被控对象，其输出的是电流。

参见图5，三相电流信号V非线性跟踪微分器得到V1、V2，放大系数与控制指令信号的乘积b₀*u、被控对象的电机电流y输入鲁棒观测器得到Z₁、Z₂，(V₁-Z₁)、(V₂-Z₂)输入到非线性控制模块PID，得到u₀。控制指令信号u＝(u₀-z₃×1/b₀)。

在一个实施方式中，基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器的控制方式。利用霍尔电压传感器采集三相电压信号，利用电机电压方程解算出电机电流，再通过电机运动方程解算出电机速度并代回电压方程，同时模拟旋变信号提供给系统外部的电机控制器；鲁棒观测器得到电机电流后，生成各状态量给非线性控制模块，结合霍尔电流传感器采集的三相电流信号生成控制指令信号，再结合霍尔电压传感器采集的电压信号以及电机运动方程解算出的转子角度生成三相桥的PWM控制信号，进而闭环控制电机模拟器的平稳与准确运行。其中，模拟旋变信号可以是转子角度信号。电机模拟器控制算法基于三相接口电路；电机模拟器控制算法基于三相接口电路的电压与电流；电机模拟器控制算法采用鲁棒观测器与非线性控制方法，提高电机电流的模拟性能。

在本发明上述实施例的方案中，参见图5，非线性跟踪微分器对输入信号进行跟踪与微分，鲁棒观测器对控制信号以及反馈信号进行观测，所得结果与非线性跟踪微分器所得结果一同送入非线性控制模块PID环节，生成控制信号，提高控制系统的鲁棒性。

本发明中DSP程序流程如图6所示。本发明使用的浮点型高速DSP采用美国TI公司的32位浮点型DSP TMS320F28335,主频高达150MHz，具有32位浮点处理单元。程序开始执行后首先关闭中断，进行系统初始化，打开中断。判断是否进入中断，每当达到对应步长时进入中断，采集各电压、电流传感器(此处包括三相霍尔电压传感器、三相霍尔电流传感器、两相霍尔电压传感器)发出的传感器信号，通过电机电压方程、运动方程等计算电机状态并形成控制指令信号发送给电机模拟单元与能量处理单元，并将信息反馈至上位机。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和偏移处理。该类修改、改进和偏移处理在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、偏移处理仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。

此外，本领域技术人员可以理解，本说明书的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对它们的任何新的和有用的改进。相应地，本说明书的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本说明书的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。

需要说明的是，如果本说明书附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本说明书所述内容有不一致或冲突的地方，以本说明书的描述、定义和/或术语的使用为准。

最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其它的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。

Claims (10)

1.一种基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器，其特征在于：包括数字信号处理系统、接口滤波器、电机模拟单元以及能量处理单元，所述接口滤波器、电机模拟单元以及能量处理单元依次相互连接，所述接口滤波器与外部的电机驱动器相互连接；

所述电机驱动器与所述接口滤波器之间设置有第一电压传感器以及电流传感器，所述电机模拟单元与所述能量处理单元之间设置有第二电压传感器；

所述第一电压传感器、所述电流传感器和所述第二电压传感器分别与所述数字信号处理系统的输入端连接；

所述电机模拟单元、所述能量处理单元和所述电机驱动器分别与所述数字信号处理系统的输出端连接；

所述数字信号处理系统包括鲁棒观测器、非线性控制模块和泄放控制模块；

所述电机模拟单元采用三相桥式全控整流电路。

2.根据权利要求1所述的基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器，其特征在于：所述接口滤波器采用三相电阻与电感串联的结构；

所述能量处理单元包括单管IGBT与电阻，所述单管IGBT与电阻串联后与电源与二极管依次连接，所述单管IGBT与电阻串联后与电容并联；

所述三相桥式全控整流电路采用IGBT作为功率器件。

3.根据权利要求1所述的基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器，其特征在于：所述数字信号处理系统为浮点型高速数字信号处理系统。

4.根据权利要求1所述的基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器，其特征在于：所述第一电压传感器为三相霍尔电压传感器，所述电流传感器为三相霍尔电流传感器，所述第二电压传感器为两相霍尔电压传感器。

5.一种基于权利要求1-4中任一项所述的基于鲁棒观测器和非线性控制的电机模拟器的控制方法，其特征在于，包括：

获取第一电压传感器采集的三相电压信号、电流传感器采集的三相电流信号和第二电压传感器采集的两相电压信号；

基于所述三相电压信号解算出电机电流和转子角度；

利用鲁棒观测器和非线性控制器，基于所述电机电流和所述三相电流信号生成三相桥的控制指令信号；

基于所述控制指令信号、所述两相电压信号以及所述转子角度生成三相桥的PWM控制信号。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述三相电压信号解算出电机电流和转子角度包括：

利用电机电压方程基于所述三相电压信号解算出电机电流；

利用电机运动方程基于所述电机电流解算出电机速度以及计算解算出转子角度，其中，所述电机速度代回电机电压方程。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述电机电压方程包括：

u_d为dq坐标系下永磁同步电动机的d轴电压，u_q为dq坐标系下永磁同步电动机的q轴电压，r_s为电枢电阻，ψ_d为d轴磁链，ψ_q为q轴磁链，i_d为d轴电流，i_q为q轴电流，ω_e为电角速度；

其中，

L_d为d轴电感，L_q为q轴电感，ψ_f为定子磁链；

所述运动方程包括：

T_e表示永磁同步电机电磁转矩，T_L表示永磁同步电机负载转矩，B为粘滞摩擦系数，ω_m为机械角速度，J为电机及其机械负载的转动惯量；

其中，

p_n为电机极对数。

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述基于所述三相电压信号解算出电机电流和转子角度包括：

构建dq坐标系下的永磁同步电机离散化解算模型；

利用所述永磁同步电机离散化解算模型，基于第一电压传感器采集的三相电压信号，得到电机速度和转子角度；

所述永磁同步电机离散化解算模型为：

式中，和/>为电机速度，/>的积分为转子角度；

i_d为d轴电流，k为采样点数，h代表仿真步长，L_d为d轴电感，r_s为电枢电阻，i_d为d轴电流，ω_e为电角速度，L_q为q轴电感；

i_q为q轴电流，u_d为dq坐标系下永磁同步电动机的d轴电压，i_q为q轴电流，L_q为q轴电感，L_d为d轴电感，ψ_f为定子磁链，u_q为dq坐标系下永磁同步电动机的q轴电压；

ω_m为机械角速度，J为电机及其机械负载的转动惯量，p_n为电机极对数，T_L表示永磁同步电机负载转矩，B为粘滞摩擦系数。

9.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，利用鲁棒观测器和所述非线性控制器，基于所述电机电流、所述三相电流信号生成控制指令信号包括：

鲁棒观测器得到所述电机电流后，生成各状态量给非线性控制模块，非线性控制模块基于各状态量和霍尔电流传感器采集的三相电流信号生成控制指令信号，其中，所述各状态量包括跟踪系统输出的状态量和跟踪系统输出微分的状态量。

10.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，利用鲁棒观测器和所述非线性控制器，基于所述电机电流、所述三相电流信号生成控制指令信号包括：

三相电流信号经非线性跟踪微分器得到跟踪微分结果；

电机电流经鲁棒观测器得到观察结果；

将跟踪微分结果和观测结果送入非线性控制器，得到控制指令信号；

其中，所述非线性微分跟踪器形式为：

式中，v为输入信号，v₁为安排的过渡过程，v₂为对过渡过程的微分，k为采样点，h为仿真步长，fst(·)函数为最速控制综合函数，δ为决定跟踪快慢的参数；

所述鲁棒观测器形式为:

式中，e为跟踪误差，z₁是跟踪系统输出的状态量，z₂是跟踪系统输出微分的状态量，z₃是系统扩张的一个状态量，β₀₁，β₀₂，β₀₃为鲁棒观测器的不同反馈增益，b₀为放大系数，u为控制指令信号；

所述非线性控制器PID形式：

式中，e为跟踪误差，β₁为跟踪输入信号增益，β₂为跟踪输入信号增益，a₁，a₂为非线性增益控制参数，δ为非线性切换点，e₁＝z₁-v₁，e₂＝z₂-v₂。