CN115425899A - 一种永磁同步电机转矩谐波扰动抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种永磁同步电机转矩谐波扰动抑制方法，包括：建立永磁同步电机的运动方程，根据所述运动方程构建以转速为第一状态变量的转速状态方程；将永磁同步电机的转速环总扰动纳入所述转速状态方程，得到转速环总扰动方程；将所述转速环总扰动定义为第二状态变量，构建解耦广义积分扩张状态观测器，以获取谐波扰动的观测值；根据所述转速的指令值、反馈值和所述谐波扰动的观测值构建解耦广义积分转速自抗扰控制器，以抑制永磁同步电机转矩谐波扰动。其可以解决传统的自抗扰控制器的谐波扰动频率超出其带宽时扰动估计的精度会大幅下降，以及存在跟踪性能与抗扰性能耦合的问题。
Description
技术领域
本申请涉及电机驱动控制技术领域，更具体地，涉及一种永磁同步电机转 矩谐波扰动抑制方法。
背景技术
永磁同步电机具备效率高、输出转矩大、调速范围广等特点，在工业领域 中得到了广泛的应用。然而，由于加工误差、齿槽效应等因素，永磁同步电机 会产生齿槽转矩，在电机中引入转矩谐波。此外，逆变器死区时间、开通关断 延迟时间、导通压降等非线性因素会导致输出电压谐波。上述谐波最终都会作 用到电机中，造成以及转矩脉动、转速波动以及附加损耗，严重影响电机的运 行性能。
自抗扰控制器实现了一种新兴的控制方法，在永磁同步电机控制领域具有 广阔的应用前景。自抗扰控制器是一种复合控制器，包括微分跟踪器，误差反 馈控制律，扩张状态观测器。其主要思路是将串联积分模型作为标准模型，并 将一切与标准模型相异的未建模部分以及其它不确定因素视为一体，统称为集 中扰动，并将其扩张为一个独立状态，建立扩张状态观测器进行观测，对其实 时估计补偿即可将扰动消除。即使永磁同步电机的参数发生变化，自抗扰控制 器仍能很好地适应。但是，传统的自抗扰控制器只能有效抑制其带宽内部的扰 动，当转速较大时，谐波扰动的频率将超出其带宽，扰动估计的精度会大幅下 降。此外，过高的带宽会在控制系统中引入大量噪声。并且，传统自抗扰控制 器存在跟踪性能与抗扰性能耦合的问题，增加了参数整定的复杂度。因此，传 统自抗扰控制器对永磁同步电机转矩谐波的抑制性能不佳。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种永磁同步电 机转矩谐波扰动抑制方法、一种永磁同步电机转矩谐波扰动抑制装置和一种计 算机可读存储介质，旨在解决传统的自抗扰控制器的谐波扰动频率超出其带宽 时扰动估计的精度会大幅下降，以及存在跟踪性能与抗扰性能耦合的问题。
为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种永磁同步电机转 矩谐波扰动抑制方法，包括：建立永磁同步电机的运动方程，根据所述运动方 程构建以转速为第一状态变量的转速状态方程；将永磁同步电机的转速环总扰 动纳入所述转速状态方程，得到转速环总扰动方程；将所述转速环总扰动定义 为第二状态变量，构建解耦广义积分扩张状态观测器，以获取谐波扰动的观测 值；根据所述转速的指令值、反馈值和所述谐波扰动的观测值构建解耦广义积 分转速自抗扰控制器，以抑制永磁同步电机转矩谐波扰动。
在本发明的一个实施例中，所述建立永磁同步电机的运动方程，根据所述 运动方程建立以转速为第一状态变量的转速状态方程，包括：建立永磁同步电 机的运动方程为：
其中，ωr是电机机械角速度、J是电机转 动惯量、Te是电机电磁转矩、TL是负载转矩、B是阻尼粘滞系数；以所述电机 机械角速度ωr为第一状态变量对所述运动方程变换得到转速状态方程为： 
在本发明的一个实施例中，所述将永磁同步电机的转速环总扰动纳入所述 转速状态方程，建立转速环总扰动模型，包括：建立所述转速环总扰动模型为：
其中，bω＝1/J、fω表示转速环总扰动、dω＝ΔTe+∑Tcog，表示 转矩谐波扰动；∑Tcog为齿槽转矩、电磁转矩扰动量
np表示电机极对数、Δid、Δiq分别表示d、q 轴电流扰动量、ΔLd、ΔLq分别表示d、q轴电感参数摄动量、Δψf表示永磁体磁 链变化量。
在本发明的一个实施例中，所述将所述转速环总扰动定义为第二状态变量， 构建解耦广义积分扩张状态观测器，以获取谐波扰动的观测值，包括：定义x1＝ωr， 将总扰动定义为第二状态变量，即x2＝fω，以此在频域上设计解耦广义积分扩张 观测器为：
其中，
为X1的观测值、E1为转速观 测误差；、
为X2的观测值、β’1、β’2为观测器增益、Gr(s)为准谐振积分器、kr为谐振增益、ωb为谐振带宽、ωg为谐振频率、s为拉普拉斯算子。
在本发明的一个实施例中，所述谐振频率设置为：
以抑制所述 齿槽转矩引起的Ncog/P次转矩谐波；所述观测器增益β1'、β2'采用带宽法整定， 设置为：
其中，ξ表示整定系数、ω0表示观测器带宽。
在本发明的一个实施例中，所述根据所述转速的指令值、反馈值和所述谐 波扰动的观测值构建解耦广义积分转速自抗扰控制器，包括：根据转速的指令 值、反馈值得到转速的控制误差；将所述控制误差输入至比例控制律，得到转 矩的初步控制指令；将总扰动的观测值补偿至转矩的初步控制指令中，从而得 到转矩的最终控制指令；其中，所述比例控制率为：
Kpw为控制律增益、ωr *表示转速指令值、
表示转速观测值、
表示 一阶惯性环节。
按照本发明的第二个方面，还提供了一种永磁同步电机转矩谐波扰动抑制 装置，其包括：转速状态方程建立模块，用于建立永磁同步电机的运动方程， 根据所述运动方程构建以转速为第一状态变量的转速状态方程；转速环总扰动 方程得到模块，用于将永磁同步电机的转速环总扰动纳入所述转速状态方程， 得到转速环总扰动方程；谐波扰动观测值获取模块，用于将所述转速环总扰动 定义为第二状态变量，构建解耦广义积分扩张状态观测器，以获取谐波扰动的 观测值；谐波扰动抑制模块，用于根据所述转速的指令值、反馈值和所述谐波 扰动的观测值构建解耦广义积分转速自抗扰控制器，以抑制永磁同步电机转矩 谐波扰动。
在本发明的一个实施例中，所述转速状态方程建立模块具体用于：构建转 速状态方程为：
其中，ωr是电机机械角速度、J是电机转动 惯量、Te是电机电磁转矩、TL是负载转矩、B是阻尼粘滞系数；所述转速环总 扰动方程得到模块具体用于：建立转速环总扰动模型为：
其 中，bω＝1/J、fω表示转速环总扰动、dω＝ΔTe+∑Tcog，表示转矩谐波扰动、∑Tcog为齿槽转矩、电磁转矩扰动量
np表示电机极对 数、Δid、Δiq分别表示d、q轴电流扰动量、ΔLd、ΔLq分别表示d、q轴电感参 数摄动量、Δψf表示永磁体磁链变化量。
在本发明的一个实施例中，所述谐波扰动观测值获取模块具体用于：定义 x1＝ωr，将总扰动定义为第二状态变量，即x2＝fω，以此在频域上设计解耦广义 积分扩张观测器为：
其中，
为X1的观测值、E1为转速观测误差；、
为X2的观测值、β’1、β’2为观测器增益、Gr(s)为准谐振积 分器、kr为谐振增益、ωb为谐振带宽、ωg为谐振频率、s为拉普拉斯算子。
按照本发明的第四个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有 可由访问认证设备执行的计算机程序，当所述计算机程序在访问认证设备上运 行时，使得所述访问认证设备执行上述中任一个实施例所述永磁同步电机转矩 谐波扰动抑制方法的步骤。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够 取得下列有益效果：
1)通过将转速环总扰动定义为状态变量构建解耦广义积分扩张状态观测器， 其准谐振积分器在谐振频率处具有高增益的选频特性，能够实现扰动的无稳态 误差跟踪，有效减小观测误差的同时，避免传统的自抗扰控制器的谐波扰动频 率超出其带宽时扰动估计的精度会大幅下降的问题；
2)根据转速的指令值、反馈值和解耦广义积分扩张状态观测器获取的谐波 扰动观测值构建解耦广义积分转速自抗扰控制器，其具备传统自抗扰控制器的 跟踪性能和参数鲁棒性，同时解决了传统线性自抗扰控制器跟踪性能和抗扰性 能耦合的问题，对谐波扰动的抑制能力显著提升。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些 实施例，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的附图。
图1为本申请实施例提供的永磁同步电机转矩谐波扰动抑制方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的永磁同步电机驱动系统的控制结构框图；
图3为本申请实施例提供的解耦广义积分扩张状态观测器的控制结构框图；
图4为本申请实施例提供的解耦广义积分自抗扰控制器的控制结构框图；
图5为本申请实施例提供的解耦广义积分自抗扰控制器的二自由度等效模 型；
图6为本申请实施例提供的解耦广义积分扩张状态观测器的伯德图；
图7为本申请实施例提供的解耦广义积分自抗扰控制器的伯德图；
图8为本申请实施例提供的永磁同步电机转矩谐波扰动抑制装置的结构示 意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实 施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三” 等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有” 以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单 元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可 选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产 品或设备固有的其他步骤或单元。
如图1所示，本发明第一实施例提出一种永磁同步电机转矩谐波扰动抑制 方法，例如包括：步骤S1，建立永磁同步电机的运动方程，根据所述运动方程 构建以转速为第一状态变量的转速状态方程；步骤S2，将永磁同步电机的转速 环总扰动纳入所述转速状态方程，得到转速环总扰动方程；步骤S3，将所述转 速环总扰动定义为第二状态变量，构建解耦广义积分扩张状态观测器，以获取 谐波扰动的观测值；步骤S4，根据所述转速的指令值、反馈值和所述谐波扰动 的观测值构建解耦广义积分转速自抗扰控制器，以抑制永磁同步电机转矩谐波 扰动。
在步骤S1中，例如首先建立永磁同步电机的运动方程为：
其中，ωr是电机机械角速度；J是电机转动惯量；Te是电机电磁转矩；TL是 负载转矩；B是阻尼粘滞系数。
以电机机械角速度ωr为第一状态变量对所述运动方程进行变换，得到转速 状态方程为：
在步骤S2中，例如根据所述转速状态方程对永磁同步电机驱动系统的转速 环扰动进行建模。结合图2所示为永磁同步电机驱动系统的控制结构框图， LADRC表示线性自抗扰控制器，SVPWM表示电压空间矢量脉宽调制，PMSM 表示永磁同步电机，MTPA表示最大转矩电流比控制。
首先，考虑由齿槽转矩引起的转矩谐波，将其纳入所述转速状态方程得到：
其中，dω＝ΔTe+∑Tcog，表示转矩谐波扰动；
表示电磁转矩扰动量；np表示电机极对数；Δid、Δiq分别表示d、q轴电流扰动 量；ΔLd、ΔLq分别表示d、q轴电感参数摄动量；Δψf表示永磁体磁链变化量； ∑Tcog为齿槽转矩。
接着，由总扰动表示已知扰动和未知扰动的总和，将其纳入所述转速状态 方程，得到转速环总扰动模型为：
其中，bω＝1/J；
表示电磁转矩指令值；fω表示转速环总扰动。
在步骤S3中，例如首先定义x1＝ωr，将所述转速环总扰动定义为第二状态 变量，即x2＝fω。在此基础上，在频域上设计解耦广义积分扩张状态观测器为：
其中，
为X1的观测值、E1为转速观测误差；、
为X2的观测值、β’1、β’2为观测器增益、Gr(s)为准谐振积分器、kr为谐振增益、ωb为谐振带宽、ωg为谐 振频率、s为拉普拉斯算子。
进一步的，为了抑制由齿槽转矩引起的Ncog/P次转矩谐波，例如将谐振频 率设置为：
采用带宽法对观测器增益β1'、β2'进行整定，β1'、β2'设置为：
其中，ξ表示整定系数；ω0表示观测器带宽。
值得一提的是，上述解耦广义积分扩张状态观测器是在频域下设计的，时 域变量采用大写字母表示。
解耦广义积分扩张状态观测器能够准确观测谐波扰动的关键在于传递函数 Gr(s)的选频特性，即当扰动的频率为ωg时，Gr(s)具备极高的增益，能够实现扰 动的无稳态误差跟踪，因此可以准确观测该频次的谐波扰动。
构造的解耦广义积分扩张状态观测器如图3所示，为突出该解耦扩张状态 观测器对跟踪性能和抗扰性能的解耦效果，将其与传统线性扩张状态观测器进 行对比分析。当开关拨向1时，为传统结构扩张状态观测器；当开关拨向2时， 为本实施例提出的解耦结构扩张状态观测器。
通过推导可以得到，传统结构扩张状态观测器的闭环传递函数为：
其中，GR(s)为输入到输出的传递函数，表征系统的跟踪性能；GF(s)为扰 动到输出的传递函数，表征系统的抗扰性能。
可见，传统自抗扰控制器的跟踪性能只与控制律有关，但抗扰性能不仅与 扩张状态观测器的增益有关，还跟控制律有关，因此跟踪性能与抗扰性能耦合， 一定程度上增加了参数整定的复杂度。
同理，通过推导可以得到，传统结构扩张状态观测器的闭环传递函数为：
可见，解耦自抗扰控制器的跟踪性能只与控制律有关，抗扰性能只与扩张 状态观测器的增益有关，实现了跟踪性能与抗扰性能的解耦。
进一步的，为探究解耦广义积分扩张状态观测器对谐波扰动的观测精度， 例如采用频域分析法对其观测误差进行分析。首先，推导出解耦广义积分扩张 状态观测器的观测误差的状态方程为：
进一步可以推导出扰动观测误差的传递函数为：
绘制解耦广义积分扩张状态观测器的扰动估计误差传递函数Fe2(s)的Bode 图，如图4所示。其中，参数设置为：ξ＝5，kr＝50，ωb＝1rad/s，ωg＝360πrad/s， 虚线部分为解耦扩张状态观测器。可以看出，解耦广义积分扩张状态观测器和 解耦扩张状态观测器的扰动观测误差在低频处和高频处的频率特性非常接近。 同时，当带宽ω0增加时，解耦广义积分扩张状态观测器和解耦扩张状态观测器 在低频处的增益下降，观测误差减小。不同的是，解耦广义积分扩张状态观测 器在谐振频率处有一个较大的增益衰减，观测误差减小，因此可以准确观测该 频率处的谐波扰动。
在步骤S4中，如图5所示为解耦广义积分转速自抗扰控制器的结构框图， 例如设计该解耦广义积分转速自抗扰控制器的比例控制率为：
其中，Kpw为控制律增益、ωr *表示转速指令值、
表示转速观测值、 
表示一阶惯性环节。
进一步的，为探究解耦广义积分自抗扰控制器对谐波扰动的抑制性能，例 如采用频域法进行分析。首先，将解耦广义积分自抗扰控制器转换为如图6所 示的典型二自由度等效模型，该模型中各个部分的传递函数分别为：
进一步推导出电机转速对总扰动的传递函数为：
GF(s)的频率响应可反映解耦广义积分扩张状态观测器对谐波扰动的抑制 性能，GF(s)的传递函数具体如下：
绘制解耦广义积分扩张状态观测器的扰动估计误差传递函数Fe2(s)的Bode 图，如图7所示。其中，参数设置为：ξ＝5，kr＝50，ωb＝20rad/s，ω0＝20rad/s， 虚线部分为解耦扩张状态观测器。可以发现，幅频曲线在频率ωg处有较大的增 益衰减，显著增强了该频率处的谐波抑制能力，这表明解耦广义积分扩张状态 观测器对齿槽转矩引起的Ncog/P次转矩谐波扰动具有显著的抑制效果。
综上所述，本发明第一实施例提出的一种永磁同步电机转矩谐波扰动抑制 方法，通过将转速环总扰动定义为状态变量构建解耦广义积分扩张状态观测器， 其准谐振积分器在谐振频率处具有高增益的选频特性，能够实现扰动的无稳态 误差跟踪，有效减小观测误差的同时，避免传统的自抗扰控制器的谐波扰动频 率超出其带宽时扰动估计的精度会大幅下降的问题；根据转速的指令值、反馈 值和解耦广义积分扩张状态观测器获取的谐波扰动观测值构建解耦广义积分转 速自抗扰控制器，其具备传统自抗扰控制器的跟踪性能和参数鲁棒性，同时解 决了传统线性自抗扰控制器跟踪性能和抗扰性能耦合的问题，对谐波扰动的抑 制能力显著提升。
另外，如图8所示，本发明第二实施例提出一种永磁同步电机转矩谐波扰 动抑制装置20，例如包括：转速状态方程建立模块201，转速环总扰动方程得 到模块202、谐波扰动观测值获取模块203和谐波扰动抑制模块204。
其中，转速状态方程建立模块201用于建立永磁同步电机的运动方程，根 据所述运动方程构建以转速为第一状态变量的转速状态方程。转速环总扰动方 程得到模块202用于将永磁同步电机的转速环总扰动纳入所述转速状态方程， 得到转速环总扰动方程。谐波扰动观测值获取模块203用于将所述转速环总扰 动定义为第二状态变量，构建解耦广义积分扩张状态观测器，以获取谐波扰动 的观测值。谐波扰动抑制模块204用于根据所述转速的指令值、反馈值和所述 谐波扰动的观测值构建解耦广义积分转速自抗扰控制器，以抑制永磁同步电机 转矩谐波扰动。
进一步的，所述转速状态方程建立模块具体用于：构建转速状态方程为：
其中，ωr是电机机械角速度、J是电机转动惯量、Te是电机 电磁转矩、TL是负载转矩、B是阻尼粘滞系数。所述转速环总扰动方程得到模 块具体用于：建立转速环总扰动模型为：
其中，bω＝1/J、fω表 示转速环总扰动、dω＝ΔTe+∑Tcog，表示转矩谐波扰动、∑Tcog为齿槽转矩、电磁 转矩扰动量
np表示电机极对数、Δid、Δiq分别 表示d、q轴电流扰动量、ΔLd、ΔLq分别表示d、q轴电感参数摄动量、Δψf表 示永磁体磁链变化量。
进一步的，所述谐波扰动观测值获取模块具体用于：定义x1＝ωr，将总扰动 定义为第二状态变量，即x2＝fω，以此在频域上设计解耦广义积分扩张观测器为：
其中，
为X1的观测值、E1为转速观测误差；、
为X2的观测值、β’1、β’2为观测器增益、Gr(s)为准谐振积分器、kr为谐振增益、 ωb为谐振带宽、ωg为谐振频率、s为拉普拉斯算子。
值得一提的是，本发明第二实施例公开的永磁同步电机转矩谐波扰动抑制 装置20所实现的方法如前述第一实施例中所述，故在此不再进行详细讲述。可 选地，第二实施例中的各个模块和上述其他操作或功能分别为了实现第一实施 例所述的永磁同步电机转矩谐波扰动抑制方法，且本实施例的有益效果同前述 第一实施例的有益效果相同，为了简洁，不在此赘述。
本发明第三实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程 序，该程序被处理器执行时实现上述方法的步骤，且本实施例提供的计算机可 读存储介质的有益效果与第一实施例提供的永磁同步电机转矩谐波扰动抑制方 法的有益效果相同。
其中，计算机可读存储介质可以包括但不限于任何类型的盘，包括软盘、 光盘、DVD、CD-ROM、微型驱动器以及磁光盘、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、 DRAM、VRAM、闪速存储器设备、磁卡或光卡、纳米系统(包括分子存储器 IC)，或适合于存储指令和/或数据的任何类型的媒介或设备。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述 为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的 动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。 其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施 例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详 述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
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，可通过其 它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单 元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例 如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略， 或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可 以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其 它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为 单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者 也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部 单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中， 也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元 中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的 形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元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器中。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全部或部 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器中， 包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、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。而前述的存储器包 括：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤 是可以通进程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存 储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、 随机存取器(Random AccessMemory，RAM)、磁盘或光盘等。
以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。 即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本 领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施 方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、 用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领 域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开 的范围和精神由权利要求限定。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述 实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特 征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并 不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换 和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种永磁同步电机转矩谐波扰动抑制方法，其特征在于，包括：
建立永磁同步电机的运动方程，根据所述运动方程构建以转速为第一状态变量的转速状态方程；
将永磁同步电机的转速环总扰动纳入所述转速状态方程，得到转速环总扰动方程；
将所述转速环总扰动定义为第二状态变量，构建解耦广义积分扩张状态观测器，以获取谐波扰动的观测值；
根据所述转速的指令值、反馈值和所述谐波扰动的观测值构建解耦广义积分转速自抗扰控制器，以抑制永磁同步电机转矩谐波扰动。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机转矩谐波扰动抑制方法，其特征在于，所述建立永磁同步电机的运动方程，根据所述运动方程构建以转速为第一状态变量的转速状态方程，包括：
建立永磁同步电机的运动方程为：
其中，ωr是电机机械角速度；J是电机转动惯量；Te是电机电磁转矩；TL是负载转矩；B是阻尼粘滞系数；
以所述电机机械角速度ωr为第一状态变量对所述运动方程变换得到转速状态方程为：
3.根据权利要求2所述的永磁同步电机转矩谐波扰动抑制方法，其特征在于，所述将永磁同步电机的转速环总扰动纳入所述转速状态方程，建立转速环总扰动模型，包括：
建立所述转速环总扰动模型为：
其中，bω＝1/J、fω表示转速环总扰动、dω＝ΔTe+∑Tcog，表示转矩谐波扰动；∑Tcog为齿槽转矩、电磁转矩扰动量
np表示电机极对数、Δid、Δiq分别表示d、q轴电流扰动量、ΔLd、ΔLq分别表示d、q轴电感参数摄动量、Δψf表示永磁体磁链变化量。
4.根据权利要求3所述的永磁同步电机转矩谐波扰动抑制方法，其特征在于，所述将所述转速环总扰动定义为第二状态变量，构建解耦广义积分扩张状态观测器，以获取谐波扰动的观测值，包括：
定义x1＝ωr，将总扰动定义为第二状态变量：x2＝fω，以此在频域上设计解耦广义积分扩张观测器为：
其中，
为X1的观测值、E1为转速观测误差；、
为X2的观测值、β1'、β2'为观测器增益、Gr(s)为准谐振积分器、kr为谐振增益、ωb为谐振带宽、ωg为谐振频率、s为拉普拉斯算子。
5.根据权利要求4所述的永磁同步电机转矩谐波扰动抑制方法，其特征在于，所述谐振频率设置为：
以抑制所述齿槽转矩引起的Ncog/P次转矩谐波；所述观测器增益β′1、β′2采用带宽法整定，设置为：
其中，ξ表示整定系数、ω0表示观测器带宽。
6.根据权利要求5所述的永磁同步电机转矩谐波扰动抑制方法，其特征在于，所述根据所述转速的指令值、反馈值和所述谐波扰动的观测值构建解耦广义积分转速自抗扰控制器，包括：
根据所述转速的指令值、反馈值得到所述转速的控制误差；
将所述控制误差输入至比例控制律，得到转矩的初步控制指令；
将总扰动的观测值补偿至转矩的初步控制指令中，从而得到转矩的最终控制指令；
其中，所述比例控制率为：
Kpω为控制律增益、ωr *表示转速指令值、
表示转速观测值、
表示一阶惯性环节。
7.一种永磁同步电机转矩谐波扰动抑制装置，其特征在于，包括：
转速状态方程建立模块，用于建立永磁同步电机的运动方程，根据所述运动方程构建以转速为第一状态变量的转速状态方程；
转速环总扰动方程得到模块，用于将永磁同步电机的转速环总扰动纳入所述转速状态方程，得到转速环总扰动方程；
谐波扰动观测值获取模块，用于将所述转速环总扰动定义为第二状态变量，构建解耦广义积分扩张状态观测器，以获取谐波扰动的观测值；
谐波扰动抑制模块，用于根据所述转速的指令值、反馈值和所述谐波扰动的观测值构建解耦广义积分转速自抗扰控制器，以抑制永磁同步电机转矩谐波扰动。
8.根据权利要求7所述的永磁同步电机转矩谐波扰动抑制装置，其特征在于，所述转速状态方程建立模块具体用于：
构建转速状态方程为：
其中，ωr是电机机械角速度、J是电机转动惯量、Te是电机电磁转矩、TL是负载转矩、B是阻尼粘滞系数；
所述转速环总扰动方程得到模块具体用于：建立转速环总扰动模型为：
其中，bω＝1/J、fω表示转速环总扰动、dω＝ΔTe+∑Tcog，表示转矩谐波扰动、∑Tcog为齿槽转矩、电磁转矩扰动量
np表示电机极对数、Δid、Δiq分别表示d、q 轴电流扰动量、ΔLd、ΔLq分别表示d、q轴电感参数摄动量、Δψf表示永磁体磁链变化量。
9.根据权利要求8所述的永磁同步电机转矩谐波扰动抑制装置，其特征在于，所述谐波扰动观测值获取模块具体用于：
定义x1＝ωr，将总扰动定义为第二状态变量，即x2＝fω，以此在频域上设计解耦广义积分扩张观测器为：
其中，
为X1的观测值、E1为转速观测误差；、
为X2的观测值、β1'、β2'为观测器增益、Gr(s)为准谐振积分器、kr为谐振增益、ωb为谐振带宽、ωg为谐振频率、s为拉普拉斯算子。
10.一种计算机可读存储介质，其存储有可由访问认证设备执行的计算机程序，当所述计算机程序在访问认证设备上运行时，使得所述访问认证设备执行权利要求1-6中任一项所述永磁同步电机转矩谐波扰动抑制方法的步骤。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN116032169A (zh) * | 2023-02-24 | 2023-04-28 | 西安理工大学 | 自适应抗扰控制的高速永磁同步电机转矩纹波抑制方法 |
| CN117375467A (zh) * | 2023-10-13 | 2024-01-09 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种永磁同步电机改进自抗扰速度控制方法及系统 |
| CN117997206A (zh) * | 2024-04-03 | 2024-05-07 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种永磁同步电机的转速控制方法、装置、电子设备和存储介质 |
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2022
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| CN117997206A (zh) * | 2024-04-03 | 2024-05-07 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种永磁同步电机的转速控制方法、装置、电子设备和存储介质 |
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