一种永磁同步电机控制方法

摘要

本发明公开了一种永磁同步电机控制方法，其采用了四输入观测器，以给定转速ω_m^*、采集到实际转速ω_m、给定转速和实际转速的偏差e以及其偏差e的变化率Δe作为输入的四个观测量，以速度PI调节器中调节参数K_P、K_i的初始改变量ΔK_P、ΔK_i为四输入观测器的输出量进行观测；同时，还采用了适应度最优逼近器，以速度PI调节器的实际输出量i_q^*作为反馈，从四输入观测器输出的速度PI调节器中调节参数K_P、K_i的初始改变量ΔK_P、ΔK_i集合中，筛选出适应度最优的初始改变量ΔK_Pm、ΔK_im，从而保证系统具有最优的动静态性能。本发明具有快速的动态响应能力、自适应能力强、抗扰动强、跟踪效果好等特点，能使永磁同步电机伺服系统具有更优的动静态性能和更强的自适应力及更好的鲁棒性。

主权项

一种永磁同步电机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)通过位置信号检测器采集PMSM的位置信号，并对位置信号进行微分得到实际转速ω_m；(2)采用四输入观测器进行观测，四输入观测器以给定转速ω_m^*、采集到实际转速ω_m、给定转速和实际转速的偏差e以及其偏差e的变化率Δe作为四个输入的观测量，以速度PI调节器中确定出的调节参数K_P、K_i的初始改变量ΔK_P、ΔK_i作为输出量，其中确定出的初始改变量ΔK_P、ΔK_i为集合形式，其输入与输出间的推导规则为：假设给定转速ω_m^*和实际转速ω_m不发生突变时，给定转速和实际转速的偏差为e₀，其偏差e₀的变化率为Δe₀，确定出的速度PI调节器中调节参数K_P、K_i的改变量为ΔK_P0、ΔK_i0；当观测到给定转速ω_m^*不变，采集到实际转速ω_m突变时：若此时给定转速和实际转速的偏差e比e₀大，且其偏差e的变化率Δe比Δe₀大，则确定出的初始改变量ΔK_P比ΔK_P0大，ΔK_i也比ΔK_i0大，且变化趋势成正比，即给定转速和实际转速的偏差e比e₀越大，且其偏差e的变化率Δe比Δe₀越大，则确定出的初始改变量ΔK_P就比ΔK_P0更大，ΔK_i也比ΔK_i0更大，其中ΔK_P、ΔK_i为确定出的集合形式；当观测到给定转速ω_m^*突变时：若此时给定转速和实际转速的偏差e的绝对值比e₀的绝对值大，且其偏差e的变化率Δe的绝对值比Δe₀的绝对值大，则确定出的初始改变量ΔK_P比ΔK_P0小，ΔK_i也比ΔK_i0小，且ΔK_P、ΔK_i为负的，其变化趋势成正比，即给定转速和实际转速的偏差e的绝对值比e₀的绝对值越大，且其偏差e的变化率Δe的绝对值比Δe₀的绝对值越大，则确定出的初始改变量ΔK_P比ΔK_P0更小，ΔK_i也比ΔK_i0更小，其中ΔK_P、ΔK_i为确定出的集合形式；其中，给定转速和实际转速的偏差e和偏差e的变化率Δe的表达式为:$\left\{\begin{array}{c}e\left(n\right)={{\omega }_n}^{*}\left(n\right)-{\omega }_m\left(n\right)\\ \mathrm{\Delta e}=e\left(n\right)-e(n-1)\end{array}\right.$其速度PI调节器中调节参数K_P、K_i与初始改变量ΔK_P、ΔK_i的表示式为:$\left\{\begin{array}{c}{K}_p=K_{p0}+\Delta K_p\\ K_i=K_{i0}+\Delta K_i\end{array}\right.$其中，K_P0、K_i0为离线整定得到的速度PI调节器中调节参数K_P、K_i的初始参数；n为自然数；其中，速度PI调节器的实际输出量i_q^*与初始改变量ΔK_P、ΔK_i之间的关系式为：${i_q}^{*}\left(t\right)=(K_{p0}+\Delta K_p)e\left(t\right)+(K_{i0}+\Delta K_i){\int }_0^{t}e\left(\tau \right)\mathrm{d\tau }$其中，i_q^*(t)为t时刻时速度PI调节器的实际输出量，e(t)为t时刻给定转速和实际转速的偏差；(3)通过传感器采集PMSM三相电流i_a、i_b、i_c，将采集到的三相电流i_a、i_b、i_c以及通过位置信号检测器采集到的位置信号一同传入电流闭环控制器作为电流闭环控制器的输入，以d‑q坐标系下永磁同步电机电枢电流在dq轴上的两个分量的给定值i_d^*、i_q^*为电流跟踪对象且将其作为电流闭环控制器的输入，由电流闭环控制器输出用于控制各个功率管开通、关断的脉宽调制信号；(4)通过电流闭环控制器得到各个功率管开通、关断的脉宽调制信号，驱动三相逆变器输出相应的三相电流i_a、i_b、i_c来控制永磁同步电机跟随给定信号运行；在四输入观测器与速度PI调节器之间还包括适应度最优逼近器，所述的适应度最优逼近器以速度PI调节器的实际输出量i_q^*作为反馈，从四输入观测器输出的速度PI调节器中调节参数K_P、K_i的初始改变量ΔK_P、ΔK_i集合中，筛选出适应度最优的初始改变量ΔK_Pm、ΔK_im，从而保证系统具有最优的动静态性能；其适应度最优逼近器中的适应度函数Y以及最优适应度函数Y_min的表达式为：$\left\{\begin{array}{c}Y=|\frac{{i_q}^{*}\left(t\right)}{{i_q}^{**}\left(t\right)}-1|\\ Y_{\min }=|\frac{(K_{p0}+\Delta K_{\mathrm{pm}})e\left(t\right)+(K_{i0}+\Delta K_{\mathrm{im}}){\int }_0^{t}e\left(\tau \right)\mathrm{d\tau }}{{i_q}^{**}\left(t\right)}-1|\end{array}\right.$其中，Y为适应度函数，Y_min为最优适应度函数，i_q^*为速度PI调节器的实际输出量，i_q^**(t)为速度PI调节器的期望输出量。