一种用于永磁电机低速运转的控制系统

摘要

本发明公开了一种用于永磁电机低速运转的控制系统，由速度控制器、电流环、电机、角度传感器、扰动估计器、齿槽转矩估计器和齿槽转矩计算器组成，利用扰动估计器和齿槽转矩估计器快速计算出齿槽转矩和其余阻力矩的大小；通过齿槽转矩计算器进一步精确计算出齿槽转矩对速度的影响从而进行补偿；通过对速度控制器积分系数的实时控制，增加了控制系统的稳定性，同时也相当于通过改变积分系数来改变输出电流，对非周期性阻力矩进行补偿；通过对控制器延时的超前补偿来增加控制系统的响应速度，使扰动得以更快的衰减。本发明具有较高的准确度和稳定性，尤其适合阻力矩变化范围较大的情况实现永磁电机的低速控制。

主权项

一种用于永磁电机低速运转的控制系统，它由速度控制器、电流环、电机、角度传感器、扰动估计器、齿槽转矩估计器和齿槽转矩计算器组成，其特征是：所述扰动估计器的输入为电流环的输出电流I和实测速度ω，其中实测速度ω由角度传感器的输出角度θ经过微分运算获得，输出为外界扰动Tt的估计值Tt′及估计速度ω′，描述其特征的状态空间方程为： d ω ′ dt d T t ′ dt = 0 - 1 J 0 0 ω ′ T t ′ + K t J 0 I + g 1 g 2 [ ω - 1 0 ω ′ T t ′ ] 其中J为负载转动惯量，Kt为电机力矩系数，g1和g2为反馈增益；所述的齿槽转矩估计器的输入为角度传感器的输出角度θ，输出为齿槽转矩估计值Tc′，计算公式为：Tc′＝Tcm sin[Np(θ‑θ0)]其中Np为齿槽转矩的空间分布，θ0为齿槽转矩零点，Tcm为齿槽转矩的峰值，将扰动估计值Tt′与齿槽转矩估计值Tc′相减，并除以反馈速度ω‑，得到一个过程参数b，其中反馈速度ω‑可以用实测速度ω也可以用估计速度ω′；所述的速度控制器为自适应PID控制器，其比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd具有如下关系：Kd＝Kpτp K i = K p b J 1 + τ i b J 其中τp和τi分别为比例和积分运算所造成的延时；所述的齿槽转矩计算器的输入为所述过程参数b、反馈速度ω‑和角度θ，输出为速度波动ωc′，计算公式为： ω c ′ = T cm J 2 N p 2 ω - 2 + b 2 sin [ N p ( θ - θ 0 ) - tan - 1 JN p ω - b ] 将速度波动ωc′送入速度环误差端对速度进行补偿。