一种永磁同步电机电流环抗干扰方法、设备及存储设备

本发明涉及电机伺服控制领域，尤其涉及一种永磁同步电机电流环抗干扰方法、设备及存储设备。

背景技术：

1、高精度系统对永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,pmsm)的控制精度有着高要求，然而，pmsm驱动系统电流环普遍存在非线性因素，如电流采样误差、逆变器死区效应、磁通谐波和参数变化等等。这些非理想因素会导致电流纹波，降低电流环路的控制性能与精度，无法满足高新能系统的需求。

2、通常，pmsm驱动系统采用电流、速度和位置环的嵌套控制结构，外环的性能取决于内环的优化。电流环控制作为驱动系统的最内环，其输出与电磁转矩直接相关。为了实现高品质的静态和动态驱动性能，精确的电流控制至关重要。然而，pmsm驱动系统电流环路不仅遭受着如电流采样误差、逆变器死区效应等谐波信号的影响，同时还遭受着如参数摄动等扰动的影响。这些扰动导致电流波动，破环了系统的控制性能和精度。随着伺服控制精度和性能要求的不断提高，多种先进控制方法被应用到pmsm的抗扰控制中，例如滑模控制、自适应控制、模糊控制、h∞鲁棒控制等，但是该类方法都是通过减小电流调节器对扰动的灵敏度，设计较为复杂，并且由于电流调节器还需要用来调节电机对目标指令的跟踪性能，因此，采用该类方法存在目标跟踪性能和扰动抑制性能的折中问题。近年来，多种主动扰动抑制方法被提出，例如自抗扰技术、扰动观测器技术和等价输入干扰(equivalent inputdisturbance,eid)方法等，有研究将该类主动扰动抑制方法应用到永磁同步电机的扰动抑制，但是现有研究多数将电机受到的各种扰动视为总扰动，需要设计一种观测机制进行估计并补偿，然而永磁同步电机中存在多种扰动，按照扰动对系统输出产生的影响，通常可以分为周期扰动非周期扰动两大类，且周期扰动的频率信息未知。现有技术中，多数通过电流调节器对电流环所受扰动进行压制，对多源扰动，特别是频率信息未知的高频谐波信号这类周期扰动，存在着扰动抑制的局限性。因此，如何有效抑制永磁同步电机运行过程受到的各种扰动是需要解决的问题，急需研究一种新的抗干扰方法，解决传统方法中存在的局限性，以提升永磁同步电机的控制性能。

技术实现思路

1、为了解决永磁同步电机运行过程受到的各种扰动，尤其是频率信息未知的高频谐波信号这类周期扰动的问题，本发明提供了一种永磁同步电机电流环抗干扰方法，主要包括：

2、s1：建立永磁同步电机在d-q坐标系下的模型，得到电流控制的状态方程，设计电流调节器；

3、s2：根据电流控制的状态方程，设计电流观测器，得到电流观测值，并设计电流环eid估计器，用于估计电流环低频扰动；

4、s3：设计频率自适应的准谐振补偿器aqrc，用于估计电流环未知频率的高频谐波扰动，将aqrc嵌入到eid估计器中，得到改进的eid估计器，即aeid估计器，用于同时估计电流环低频扰动和电流环未知频率的高频谐波扰动；

5、所述aqrc的状态方程为：

6、

7、其中，z1为aqrc的第一状态量，为aqrc的第一状态量的一阶导数，z2为aqrc的第二状态量，为aqrc的第二状态量的一阶导数，是aqrc的输出，ede为aqrc的输入，kr为aqrc的谐振系数，ωc为aqrc的谐振带宽，为aqrc的谐振频率自适应估计值；

8、定义谐振频率自适应估计误差值为：

9、

10、设计谐振频率自适应估计算法为：

11、

12、其中，t0表示初始时间，t表示调节时间，表示t时刻谐振频率的估计值，是t0时刻谐振频率初值，ke是自适应估计算法的增益；

13、s4：根据电流调节器、aeid估计器的输出，设计电流环的复合控制规律，以提高电流环的扰动抑制能力。

14、一种存储设备，所述存储设备存储指令及数据用于实现一种永磁同步电机电流环抗干扰方法。

15、一种永磁同步电机电流环抗干扰设备，包括：处理器及所述存储设备；所述处理器加载并执行所述存储设备中的指令及数据用于实现一种永磁同步电机电流环抗干扰方法。

16、本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明在电流环结构中，通过设计电流观测器，计算电流观测值和测量值的误差，并基于此误差，设计eid估计器，并将准谐振补偿器嵌入到eid估计器中，设计准谐振补偿器频率自适应律，改进的估计器结构可同时估计低频扰动和未知频率信息的高频谐波信号。将电流环的扰动估计值在电流控制端进行反向补偿，以提高电流环的扰动抑制能力，同时增加了系统设计的灵活性，有效解决传统技术电流调节器设计复杂，以及扰动抑制性能受限的问题。针对永磁同步电机电流环设计嵌入准谐振补偿器的aeid估计器，有效地解决了电流环控制受逆变器死区效应、磁链谐波和参数摄动影响等周期扰动和非周期扰动影响的问题，进而提高了永磁同步电机的控制精度。

技术特征：

1.一种永磁同步电机电流环抗干扰方法，其特征在于：包括：

2.如权利要求1所述的一种永磁同步电机电流环抗干扰方法，其特征在于：步骤s1中，所述永磁同步电机在d-q坐标系下的模型为：

3.如权利要求1所述的一种永磁同步电机电流环抗干扰方法，其特征在于：步骤s1中，所述电流控制的状态方程为：

4.如权利要求1所述的一种永磁同步电机电流环抗干扰方法，其特征在于：步骤s1中，所述电流调节器为：

5.如权利要求1所述的一种永磁同步电机电流环抗干扰方法，其特征在于：步骤s2中，所述电流观测器为：

6.如权利要求1所述的一种永磁同步电机电流环抗干扰方法，其特征在于：步骤s3中，所述aqrc频率自适应的过程如下：

7.如权利要求1所述的一种永磁同步电机电流环抗干扰方法，其特征在于：步骤s3中，所述aqrc的输出为：

8.如权利要求1所述的一种永磁同步电机电流环抗干扰方法，其特征在于：步骤s4中，所述电流环复合控制规律为：

9.一种存储设备，其特征在于：所述存储设备存储指令及数据用于实现权利要求1～8任一项所述的永磁同步电机电流环抗干扰方法。

10.一种永磁同步电机电流环抗干扰设备，其特征在于：包括：处理器及存储设备；所述处理器加载并执行所述存储设备中的指令及数据用于实现权利要求1～8任一项所述的永磁同步电机电流环抗干扰方法。

技术总结
本发明提供了一种永磁同步电机电流环抗干扰方法、设备及存储设备，建立永磁同步电机在d‑q旋转坐标系下的电压模型，得到电流控制状态方程，设计电流调节器；根据电流控制状态方程，设计电流观测器，得到电流观测值，设计电流环EID估计器来估计电流环低频扰动；设计频率自适应的准谐振补偿器(AQRC)，并将其嵌入到EID估计器中，用于估计电流环未知频率的高频谐波扰动；得到改进的EID估计器(即AEID估计器)可同时估计电流环低频扰动和未知频率的高频谐波扰动；根据电流调节器、AEID估计器的输出，设计电流环复合控制规律，提高电流环的扰动抑制能力。本发明的有益效果是：有效地解决了电流环内低频扰动和高频谐波扰动带来的电流纹波问题，提高了电流环控制性能与精度。

技术研发人员：杜友武,杨涛,程钦,陈家豪,薛程程,李博
受保护的技术使用者：江苏理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23