永磁同步电机低速性能的提升方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种伺服电机低速性能的提升方法，具体讲是一种永磁同步电机低速 性能的提升方法，属于高性能伺服控制领域。
【背景技术】
[000引 永磁同步电机（permanentma即etsync虹onousmotor,PMSM)是一个内含不确定 性的复杂非线性系统，在运行过程中还存在着严重的外部干扰，该些因素在电机低速运行 时往往更为突出。电机的低速性能是指电机在低于额定转速运行时的性能，其好坏是衡量 永磁同步电机调速系统总体性能好坏的重要指标。优良的低速性能可W拓宽电机的调速 比，提高系统的抗负载扰动的能力，W满足数控机床、机器人等工业需求。
[000引 目前工程上广泛应用的经典控制器，如比例-积分（propodionintegral,PI)控 审ij，和基于PI发展出的变PI控制等，均无法克服外部干扰、电机参数大范围摄动等因素对 伺服系统的产生严重影响，导致永磁同步电机低速稳态波动大、抗负载扰动能力差，难W获 得良好的低速性能。随着控制理论的不断发展，许多先进的控制算法被用到PMSM的控制当 中，如自适应控制、滑模控制、神经网络、预测控制和模糊控制等。其中如神经网络和模糊控 制等，由于其算法实现过于复杂且没有考虑伺服行业的具体工程需要，目前还很难直接应 用于实际工程中。
[0004] 文献<ZHANGXiao-hua,LIUHui-xian,DINGShi-hongandLIShi-hua,PMSM speed-adjustingsystembasedondisturbanceobserverandfinite-timecontrol〉 采用了扰动观测器（dis化rbanceobserver,DOB)提升了速度环性能，为永磁同步电机低速 性能的提升提供了参考，但其采用的扰动观测器基于传递函数模型设计，在理论上可行，但 是传递函数是对象的外部描述，没有包含电机模型中的摩擦力矩、负载力矩等内部信息，影 响实现永磁同步电机系统低速性能的发挥。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种易于实现，能有效 降低电机的低速稳态波动，提高其抗负载扰动能力的永磁同步电机低速性能提升方法。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供的永磁同步电机低速性能的提升方法，包括 W下步骤：
[0007] 1)、利用改进己特沃斯低通滤波器对永磁同步电机的速度计算模块的输出《'进 行滤波预处理，得到永磁同步电机的滤波预处理后速度《 ;
[0008] 2)、建立复合PMSM的数学模型；
[0009]
【主权项】
1. 一种永磁同步电机低速性能的提升方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 、利用改进巴特沃斯低通滤波器对永磁同步电机的速度计算模块的输出进行滤 波预处理，得到永磁同步电机的滤波预处理后速度《 ; 2)、建立复合PMSM的数学模型：
式中，为永磁同步电机的d_q轴坐标系的q轴电枢电流分量，R为定子绕组电阻，L为电枢绕组电感，np是永磁同步电机的极对数，f是转子磁链的幅值，B是粘滞摩擦系数， J为转子的转动惯量，Uq为q轴电枢电压分量，为负载转矩； 3)、以步骤2)中复合PMSM的数学模型设计一般速度方程：
式中，状态变量X= ?、输入u=iq、集中扰动d=a(t)，系统矩阵A= 0、输入矩阵Bu =bp误差矩阵Bd= 1，输出矩阵C= 1 ; 建立扰动观测器方程得到集中扰动估计值i:
式中，z是扰动观测器的内部变量，L是待设计的扰动观测器增益矩阵； 6)、调节扰动观测器增益矩阵L，修正集总扰动估计值^前馈补偿给速度PI调节器的 输出C，得到永磁同步电机最终电流给定 i^k'-d (10)。
2.根据权利要求I所述的永磁同步电机低速性能的提升方法，其特征在于所述步骤I) 改进巴特沃斯低通滤波器的滤波预处理过程为： 1. 1)、令(t)的拉普拉斯变换为D' (S)，《(t)的拉普拉斯变换为D(S)，建立 标准二阶巴特沃斯低通滤波器的传递函数模型：
式中，％，叫，a2,kbpb2为所述标准二阶巴特沃斯低通滤波器的6个参数； 1. 2)、对式（1)进行零极点配置，将标准二阶巴特沃斯低通滤波器改进为：
式中，《。为二阶巴特沃斯低通滤波器的截止频率； 1.3)、调整的取值，将速度计算模块的输出中的噪声分量滤除。
【专利摘要】本发明公开了一种永磁同步电机低速性能的提升方法，属于高性能伺服控制领域。利用改进巴特沃斯低通滤波器对速度计算模块的输出进行滤波预处理；建立复合PMSM数学模型，以复合PMSM数学模型设计一般速度方程；由一般速度方程建立标准速度方程；针对标准速度方程设计扰动观测器；调节扰动观测器增益矩阵L，修正集总扰动估计值前馈补偿给速度PI调节器得到最终输出。通过改进巴特沃斯低通滤波器有效滤除速度计算模块输出中的高频噪声分量，避免对电机的低速性能造成影响；通过扰动观测器估计出集总扰动并前馈处理，不仅能够消除外部扰动的影响，还能有效处理永磁同步电机的负载转矩项、摩擦转矩项和惯量摄动，可提高永磁同步电机低速性能。
【IPC分类】H02P21-04
【公开号】CN104716883
【申请号】CN201510167422
【发明人】吴超, 齐丹丹, 范中华, 吴波
【申请人】南京埃斯顿自动化股份有限公司
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年4月9日