本發(fā)明屬于電機(jī)擾動(dòng)抑制，具體涉及一種基于eso和非奇異快速終端滑?？刂频膒msm擾動(dòng)抑制方法。

背景技術(shù)：

1、永磁同步電機(jī)(pmsm)由于體積小、性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡單、效率高等特點(diǎn)，在各種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。眾所周知，pi控制技術(shù)由于其實(shí)現(xiàn)簡單很受歡迎。然而，永磁同步電機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)非線性強(qiáng)耦合系統(tǒng)，非線性因素在永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)中廣泛存在，如逆變器非線性、磁鏈諧波、不平衡相阻抗等因素的存在會(huì)導(dǎo)致電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。在這種情況下，僅簡單地使用pi控制算法難以應(yīng)對電機(jī)在多樣且復(fù)雜環(huán)境下地運(yùn)行。

2、因此，國內(nèi)外學(xué)者在pmsm領(lǐng)域，針對擾動(dòng)抑制開展了大量控制技術(shù)的研究，提出并實(shí)施了幾種非線性控制方法，如自抗擾控制、預(yù)測電流控制、內(nèi)?？刂?、滑?？刂?smc)和自適應(yīng)控制方法。

3、在上述幾種方法中，smc由于對不確定性和干擾不敏感，被認(rèn)為是處理不確定非線性系統(tǒng)最有效的方法之一。為了進(jìn)一步提升抑制擾動(dòng)的效果，往往將滑模控制方法與觀測器進(jìn)行結(jié)合。

4、現(xiàn)有技術(shù)li?z等在nonsingular?fast?terminal?sliding?mode?controlstrategy?for?pmlsm?based?on?disturbance?compensation.(journal?of?electricalengineering&technology,2024,19(3):1331-1342.)文章中提出了一種基于擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆瞧娈惪焖俳K端滑?？刂破?在指數(shù)趨近律中引入系統(tǒng)狀態(tài)變量，使控制器能夠隨著系統(tǒng)狀態(tài)的變化進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，永磁同步電機(jī)速度跟蹤控制的穩(wěn)態(tài)精度仍有提高的空間。

5、現(xiàn)有技術(shù)gao?x?k在backstepping?nonsingular?fast?terminal?sliding?modecontrol?for?manipulators?driven?by?pmsm?with?measurement?noise.(in:proceedings?of?2023chinese?intelligent?automation?conference:2023chineseintelligent?automation?conference(ciac2023),october?2-5,2023,nanjing,china.2023.322-330.))中提出一種基于反步法非奇異快速終端滑?？刂?，并且通過高增益擴(kuò)張狀態(tài)觀測器用于補(bǔ)償集總干擾和建模誤差。針對高增益擴(kuò)張狀態(tài)觀測器對測量噪聲敏感的情況，加入了擴(kuò)展卡爾曼濾波器的(ekf)與之結(jié)合。但是反步控制設(shè)計(jì)復(fù)雜，其方法需要逐步設(shè)計(jì)和遞歸計(jì)算，每一步都需要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這使得設(shè)計(jì)過程復(fù)雜且耗時(shí)。

6、另有現(xiàn)有技術(shù)li?t等在non-cascade?fast?nonsingular?terminal?slidingmode?control?of?permanent?magnet?synchronous?motor?based?on?disturbanceobservers.

7、(journal?of?electrical?engineering&technology,2022,17(2):1061-1075.))中提出了一種基于擾動(dòng)觀測器的非串級(jí)快速非奇異終端滑模控制算法,同時(shí)分別設(shè)計(jì)了非線性干擾觀測器和對偶干擾觀測器來估計(jì)運(yùn)動(dòng)過程中的干擾。但是忽略電流環(huán)產(chǎn)生的電流靜差對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。

8、綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中盡管有效地抑制了干擾和不確定性因素對pmsm的影響，但是在電流環(huán)中往往忽略了電感和磁鏈?zhǔn)鋾r(shí)產(chǎn)生的電流靜差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種基于eso和非奇異快速終端滑模控制的pmsm擾動(dòng)抑制方法，用以解決目前永磁同步電機(jī)電感和磁鏈?zhǔn)鋾r(shí)產(chǎn)生的電流靜差產(chǎn)生擾動(dòng)的問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：所述一種基于eso和非奇異快速終端滑?？刂频膒msm擾動(dòng)抑制方法，其中，包括以下步驟：

3、s1：建立pmsm的理想數(shù)學(xué)模型，并獲取由干擾和不確定性因素引起的擾動(dòng)的數(shù)學(xué)模型；

4、s2：設(shè)計(jì)擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，對由干擾和不確定性因素引起的擾動(dòng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擾動(dòng)估計(jì)和前饋補(bǔ)償，結(jié)合二階擴(kuò)張狀態(tài)觀測器模型，確定擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的增益系數(shù)；

5、s3：定義系統(tǒng)的誤差狀態(tài)，設(shè)計(jì)滑?？刂破?；

6、s4：結(jié)合所述二階擴(kuò)張狀態(tài)觀測器模型以及所述滑?？刂破?，獲取電流控制器的電流輸出值。

7、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，步驟s1中，所述由干擾和不確定性因素引起的擾動(dòng)的數(shù)學(xué)模型通過式1獲得：

8、

9、其中，δj、δb、δrs、δl都是實(shí)際值與標(biāo)稱值之間的誤差，ud、uq分別為d,q軸電壓，l為電感，id、iq分別為d,q軸電流，ω為實(shí)際轉(zhuǎn)速；pn為極對數(shù)；為永磁體轉(zhuǎn)子磁鏈，rs為電阻，j為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，b為阻尼系數(shù),tl為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，di(i＝1，2，3)為由干擾和不確定性因素引起的擾動(dòng)，d1是轉(zhuǎn)速通道的擾動(dòng)，d2是iq軸通道的擾動(dòng)，d3是id軸通道的擾動(dòng)。

10、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述理想數(shù)學(xué)模型通過式2獲得：

11、

12、其中，ld、lq為d,q軸上的電感量,di(i＝1，2，3)為由干擾和不確定性因素引起的擾動(dòng)，d1是轉(zhuǎn)速通道的擾動(dòng)，d2是iq軸通道的擾動(dòng)，d3是id軸通道的擾動(dòng)。

13、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，對所述步驟s2中，對由干擾和不確定性因素引起的擾動(dòng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行擾動(dòng)估計(jì)和前饋補(bǔ)償通過式3獲得：

14、

15、其中，a1＝-b/j,a2＝a3＝-rs/l，u1＝0，u2＝uq,u3＝ud,r1＝0,r2＝r3＝1/l,l3＝pnωiq，z1＝ω,z2＝iq,z3＝id。

16、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，步驟s2中，所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測器通過式4獲得：

17、

18、其中，是對狀態(tài)的觀測，是對擾動(dòng)的觀測，βi、β0i為eso的增益系數(shù)；

19、所述擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的增益系數(shù)通過式5獲得：

20、

21、其中，ω0為線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的帶寬。

22、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述步驟s3中，所述滑?？刂破魍ㄟ^式6獲得：

23、

24、其中，s為滑模面，ε,c是常數(shù)，且大于0。

25、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，選取的所述滑模面s通過式7獲得：

26、

27、其中，sigσi(ei)＝sig(ei)|ei|σi，且λ1>0，λ2>0,1<σ2<2,σ1>σ2。

28、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述步驟s3中，系統(tǒng)的誤差狀態(tài)通過式8進(jìn)行定義：

29、

30、其中，ωref是給定轉(zhuǎn)速，id、iq分別為d,q軸電流，ω為實(shí)際轉(zhuǎn)速，j為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，b為阻尼系數(shù)，d1是轉(zhuǎn)速通道的擾動(dòng)。

31、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述步驟s4中，電流控制器的電流輸出值通過式9和式10獲得：

32、

33、其中，ud、uq分別為d,q軸電壓；l為電感，id、iq分別為d,q軸電流，ω為實(shí)際轉(zhuǎn)速，為永磁體轉(zhuǎn)子磁鏈，r為電阻，ts為采樣時(shí)間。

34、本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，d,q軸電流id、iq通過式11獲得：

35、

36、本發(fā)明提供的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)勢：

37、本發(fā)明為抑制永磁同步電機(jī)中干擾和不確定性因素的影響，提出了一種基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的非奇異快速終端滑?？刂?。利用eso對轉(zhuǎn)速環(huán)、iq和id三個(gè)通道進(jìn)行觀測并補(bǔ)償擾動(dòng)，解決了轉(zhuǎn)速環(huán)產(chǎn)生波動(dòng)較大的問題，同時(shí)對于電感或磁鏈等參數(shù)失配時(shí)產(chǎn)生的電流靜差，利用觀測到的電流對電機(jī)實(shí)際電流進(jìn)行校正，以及利用觀測到的系統(tǒng)內(nèi)外部擾動(dòng)對電機(jī)的參考電壓進(jìn)行校正。通過仿真證明了，提出的新型控制器能快速追蹤上給定曲線的同時(shí)還能有效地抑制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的波動(dòng)。