PMSM自抗扰控制算法研究

PMSM自抗扰控制算法研究
杨会玲
【摘要】The scheme of model-compensation of active disturbances rejection control was proposed pertaining to the existed problems in the PMSM speed regulation with one order active disturbances rejec-tion control algorithm. The overall model-compensation scheme boasts good anti-disturbance capacity compared to the one order algorithm.%介绍了自抗扰控制算法在永磁同步电机调速系统中的应用,针对一阶自抗扰控制算法在永磁同步电机调速系统中存在的问题,提出了模型补偿自抗扰控制方案. 相比一阶自抗扰控制算法,所采用的模型补偿自抗扰算法具有更好的抗扰动性能.
【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》
【年(卷),期】2016(000)001
【总页数】3页(P11-13)
【关键词】自抗扰控制;永磁同步电机;调速;模型补偿
【作者】杨会玲
【作者单位】西安铁路职业技术学院牵引动力系,西安710014
【正文语种】中文
【中图分类】TP13
自抗扰控制是近年来应用于电机控制中的一种新的非线性算法，能够实时估计并补偿系统的内外扰动，结合非线性控制策略，可以达到很好的控制品质。

与PI控制
器相比具有较快的响应速度、较小的超调和较强的抗干扰能力。

标准的自抗扰控制器不需要知道对象的精确模型，只要知道了模型的阶次就可以设计出对象的自抗扰控制器。

但在有些复杂的应用场合，完全不利用被控对象模型进行系统设计，往往难以充分发挥出自抗扰控制方法的优点。

在PMSM调速系统中需要设计速度环的一阶自抗扰控制器［1－2］，若负载扰动较大，ESO则难以保
证较高的估计精度，导致自抗扰控制器对扰动难以进行很好的补偿。

为此，该文提出了PMSM调速系统的模型补偿自抗扰控制方案。

经仿真验证，相比于一阶自抗扰控制器，模型补偿自抗扰控制器具有良好的抗负载扰动性能。

标准的自抗扰控制器( ADRC)由3个部分组成［3］:跟踪微分器( TD)、扩张的状态观测器( ESO)和非线性状态误差反馈控制律( NLSEF)。

TD可实现对系统输入信号
的快速跟踪，并给出微分信号; ESO对系统的状态和扰动分别进行估计;自抗扰控制器把系统自身模型的不确定性当作系统的内扰，和系统的外扰构成整个系统的总扰动，NLSEF则利用广义误差来构造非线性的状态误差反馈控制律。

自抗扰控制器利用TD规划参考输出轨迹，运用ESO对系统输出进行各阶状态和
扰动的估计，并选择适当的状态误差的非线性组合获得系统的自抗扰控制律。

自抗扰控制器结构如图1所示。

永磁同步电机的一阶自抗扰控制器目前只应用在交流调速系统的速度环，考虑到DSP芯片的处理速度以及电流环实时性有较高的要求，电流环仍采用PI控制器。

永磁同步电机在实际应用中，除了周围环境存在未知扰动，还有电机本身内部参数的摄动，这些因素会造成电机运行性能的下降，自抗扰控制器能对这些扰动进行观测和补偿。

如果能够通过系统辨识、建模或估计等方法得到被控对象的模型或者部分模型，而且在自抗扰控制器设计中充分利用被控对象模型信息，补偿掉对象的一些不确定性，这将缓解自抗扰控制器对复杂扰动的估计压力，使得系统的控制性能更加突出。

该文提出了模型补偿自抗扰控制算法，即针对永磁同步电机调速系统运行过程中存在的转动惯量和外部负载等扰动项的变化对调速性能的影响，先辨识出转动惯量、阻尼系数及负载力矩，然后再利用所辨识的模型信息组合成部分扰动项，把部分扰动项补偿到自抗扰控制器中去，使ESO不需要估计出全部的扰动量，只需估计出未被补偿掉的扰动量即可，这样可以减轻ESO对扰动的估计负担，而自抗扰控制器对扰动的补偿分量依然存在，既达到了模型补偿的目的，又提高了观测器对扰动估计的精度。

模型补偿自抗扰控制器结构如图2所示。

为验证设计控制效果，针对模型补偿自抗扰控制算法进行仿真研究。

所采用PMSM参数见表1。

速度环控制器分别采用一阶自抗扰及模型补偿自抗扰，其对比如图3～图5所示。

由图3、图4、图5可知，若无外界扰动，模型补偿自抗扰控制器与自抗扰控制器具有相同的控制效果;当突加外负载时，ESO可有效补偿扰动，使速度降落更为平稳。

该文在一阶自抗扰控制器的基础上，提出了基于模型补偿的自抗扰控制器方案，并与一阶自抗扰控制算法进行了比较。

仿真结果表明，与一阶自抗扰控制器相比，模型补偿自抗扰控制器在上升时间内动态响应不变的情况下，系统具有更好的抗负载扰动能力，可有效抑制负载变化对转速的影响，提升了闭环系统的抗干扰性能。

YANG Huiling
( Department of Railway Power Traction，Xi'an Railway Vocational and Technical College，Xi'an 710014，China)
【相关文献】
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