1.一种永磁同步电机调速系统的自抗扰控制方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1,首先构建简化的永磁同步电机数学模型,获得给定转速ω*、电机实际转速ω、d-q坐标系下的q轴电流分量iq;
步骤2,设计一阶跟踪微分器得到对给定转速ω*跟踪值v1;
步骤3,设计双曲正切函数扩张状态观测器对电机实际转速ω和扰动进行观测,双曲正切函数扩张状态观测器的输出为电机实际转速ω的估计值和总扰动的估计量;通过利用双曲正切函数自身饱和特性对传统扩张状态观测器出现的微分峰值进行有效抑制;
步骤4,通过步骤2和步骤3得到给定转速跟踪值v1和电机实际转速估计值z1求取状态误差,然后将该状态误差进行滑模控制,在滑模控制中设计一种新型自适应变速指数趋近律,该趋近律引入状态变量的一阶范数,根据状态变量距离平衡点的远近自适应调整趋近速度,实现对自抗扰控制器的优化。
2.如权利要求1所述的一种永磁同步电机自抗扰控制方法,其特征在于,简化的永磁同步电机数学模型为:假设转子永磁体在气隙中的磁场分布为正弦波,忽略了电机的铁心饱和,涡流和磁滞损耗,转子中没有阻尼绕组,在dq坐标系下PMSM的数学模型可以描述如下:其中:ud,uq,id和iq分别是在d-q坐标系下的电压分量和电流分量;Ld,Lq是d轴和q轴电感;R是电机绕组电阻;ωr是电角速度;ψ是永磁磁通;
永磁同步电动机的转矩方程为:
Te=1.5p[ψiq+(Ld-Lq)idiq]
其中:Te是永磁同步电机的电磁转矩;p是极对数。对于表贴式永磁同步电机,Ld=Lq=L,转矩方程可以简化:Te=1.5pψiq
永磁同步电动机的运动方程为:
其中:TL是负载转矩;ω是电机实际转速;B是摩擦系数;J是转动惯量。
3.如权利要求1所述的一种永磁同步电机自抗扰控制方法,其特征在于,设计一阶跟踪微分器得到对给定转速ω*跟踪值v1为:式中,v1为对给定转速ω*的跟踪值;ω*为给定转速;e1为跟踪误差;r1为转速跟踪因子。
4.如权利要求1所述的一种永磁同步电机自抗扰控制方法,其特征在于,设计双曲正切函数扩张状态观测器对电机实际转速ω和扰动进行观测,其设计如下:式中,e1为电机实际转速估计量z1与电机实际转速ω的误差;z2为对系统“总扰动”的估计量;iq*为给定q轴电流;参数β1为状态比例增益;参数β2为扰动比例增益;参数b为扰动补偿系数;δ为滤波因子;
为了消除扩张状态观测器的微分峰值现象,使用时变参数β11和β12来代替其中的β1和β2,因此具有时变参数的扩张状态观测器为:式中:t为观测器运行的时间:b1和b2控制时变参数的变化速率,为可调参数;参数β1为状态比例增益;参数β2为扰动比例增益;β11和β22为观测器的时变参量的系数。
5.如权利要求1所述的一种永磁同步电机自抗扰控制方法,其特征在于,步骤4的具体过程为:在非线性反馈控制率中引入自适应滑模控制,其数学模型如下:*
其中,e3为给定转速ω 的跟踪值与电机实际转速估计量z1之差;z2为对总扰动的估计量;参数b为扰动补偿系数;u0是控制变量;g(e3)为滑模函数;
首先选取滑模面函数为:
其中c>0;
再提出新型自适应变速指数趋近率,即:
其中:||e3||1为系统状态变量的一阶范数,δ,ε,k,c>0;
该自适应变速指数趋近率通过引入状态变量的一阶范数,使系统距离平衡点的远近而自适应调整趋近速度;当||e3||1取值大时,指数趋近项-(k+c||e3||1)s衰减速度远远大于传统指数衰减速度时,可大大缩短趋近运动阶段的时间;相反,当||e3||1取值小时,可使可调系数c增大来缩短其趋近运动时间,同时减小系统抖振影响;
为分析所设计的滑模趋近率能使系统可在有限时间从任意状态趋近滑模面上,滑模趋近率必须满足条件是 由上式可知:由于δ,ε,k,c>0,显然 成立,即满足滑动模态存在条件;且由李亚普若夫稳定条件可知,所设计的滑模控制的非线性状态误差反馈控制率是稳定的;
从而可得到滑模控制的输出量是:
其中:||e3||1为系统状态变量的一阶范数,δ,ε,k,c>0;
则可得基于自适应滑模控制的非线性状态误差反馈控制率的数学模型为:其中,e3为给定转速ω*的跟踪值与电机实际转速估计量z1之差;z2为对总扰动的估计量;δ,ε,k,c>0;
由于滑模控制本身的开关特性,会使系统产生抖振现象,为削弱滑模运动过程中的高频抖振,引入平滑函数con(s)代替sgn(s),其表达方式为:式中,η为抖振因子,且η>0。