高精度跟踪系统中引入力矩修正的多闭环方法

摘要

高精度跟踪系统中引入力矩修正的多闭环方法，高精度跟踪系统对转速和转矩的快速性与平稳性均有较高要求。传统的电流闭环并不能抑制电机磁场畸变造成的转矩波动；而转矩闭环的带宽受限，不能提供快速的力矩响应。本发明针对永磁同步电机驱动的高精度跟踪系统，提出以引入力矩修正的电流闭环和速度闭环的多闭环控制方式取代传统的电流闭环和速度闭环的多闭环控制方式，在提供高带宽力矩响应的同时，可以抑制电机磁场谐波引起的力矩波动，其中力矩修正参数通过转矩估计器实时估计出来。

主权项

1.高精度跟踪系统中引入力矩修正的多闭环方法，其特征在于实现步骤如下：（1）采用电流闭环和速度闭环的闭环控制方式，电流回路作为内回路，速度回路作为外回路，在速度回路和电流回路之间，引入力矩修正参数K'，形成具有力矩修正功能的速度、电流闭环方式，即速度控制器的输入信号为ω^*-ω，其中ω为电机的实际速度，ω^*为速度的期望值，速度控制器的输出值乘以增益修正值K'，得到i_qs^*,作为电流回路的期望值；电流控制器的输入信号为i_qs^*-i_qs，其中i_qs为电流实际值；电流控制器的输出信号为加给电机的电压信号v_qs，转矩估计器的输入信号包括速度、电流和电压信号，输出为增益修正值K'，K'用来修正速度控制器的输出信号，以得到电流回路的期望信号i_qs^*；（2）设计电流控制器，使电流环路具有较高的带宽，以保证永磁同步电机具有足够快的力矩响应；电流回路采用矢量控制，控制算法采用PI算法；（3）设计速度控制器，使速度开环传递函数至少为Ⅰ型系统，速度控制器控制算法为：其中Kp为比例系数，Ki为积分系数，s为拉普拉斯算子；（4）设计永磁同步电机的转矩估计器，使其能实时估计出电机的转矩系数通过计算得到增益修正值K'，其中，K_t为电机的额定转矩系数；转矩估计器设计采用模型参考自适应观测器、滑模变结构观测器或卡尔曼观测器。