基于扰动补偿的永磁同步电机自抗扰内模控制

收稿日期：２０１７－１２－１６ 修回日期：２０１８－０７－０９ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１７０９０３２） 作者简介：裴忠贵（１９８２—），男，讲师，研究方向为自动控制．Ｅｍａｉｌ：２９１９８９６９＠ｑｑ．ｃｏｍ 引文格式：裴忠贵，张玉良，魏海峰．基于扰动补偿的永磁同步电机自抗扰内模控制［Ｊ］．江苏科技大学学报（自然科学版），２０１９，３３（４）：３８
ｐａｒａｍｅｔｅｒｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ
永磁同步电机由于非线性、多变量、强耦合的 特点 ［１－２］，加上其 控 制 系 统 受 电 机 参 数 摄 动、负 载 扰动以及非线性动态等因素影响，使得获得高性能 的永磁同步电机控制系统变得尤为困难，电机转速 跟踪性能差 ［３－４］．要 想 获 得 稳 定 性 高、动 态 性 能 良 好且控制精度高的永磁同步电机交流控制系统，其
Ａｃｔｉｖｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｒｅｊｅｃｔｉｏｎａｎｄｉｎｔｅｒｎａｌｍｏｄｅｌｃｏｎｔｒｏｌｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒｂａｓｅｄｏｎｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ
ＰＥＩＺｈｏｎｇｇｕｉ１，ＺＨＡＮＧＹｕｌｉａｎｇ２，ＷＥＩＨａｉｆｅｎｇ２
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｖｉｅｗ ｏｆｔｈｅｐｏｏｒｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＰＩｃｏｎｔｒｏｌｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ （ＰＭＳＭ），ａｎａｃｔｉｖｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｒｅｊｅｃｔｉｏｎ（ＡＤＲＣ）ａｎｄｉｎｔｅｒｎａｌｍｏｄｅｌｃｏｎｔｒｏｌｏｆＰＭＳＭ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒ ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＴｈｅＡＤＲＣｉｓｕｓｅｄｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｔｈｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｆｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｌｏａｄｉｎｔｈｅｏｕｔｅｒｌｏｏｐ ｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｇｉｖｅｎｓｐｅｅｄｉｓｒｅａｌｉｚｅｄ．Ａｎｉｎｔｅｒｎａｌｍｏｄｅｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗｉｔｈ ｐａｒａｍｅｔｅｒｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｓｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｔｈｅｉｎｎｅｒｌｏｏｐｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔ，ａｎｄａｎａｄａｐｔｉｖｅｏｂｓｅｒｖｅｒｉｓｕｓｅｄｔｏｅｓｔｉｍａｔｅ ａｎｄａｄｊｕｓｔｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｍｏｔｏｒｉｎｒｅａｌｔｉｍｅａｎｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ．Ｅｘ ｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｃｏｍｐａｒｅｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＰＩｃｏｎｔｒｏｌｗｉｔｈｔｈｅｎｅｗ ｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｎｅｗｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｉｎｒｅｓｉｓｔｉｎｇｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｌｏａｄｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅａｎｄ ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ，ａｃｔｉｖｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓｒｅｊｅｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ，ｉｎｔｅｒｎａｌｍｏｄｅｌｃｏｎｔｒｏｌ，
（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈａｎｇｚｈｏｕＶｏｃａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ２１３１６４，Ｃｈｉｎａ） （２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２００３，Ｃｈｉｎａ）
第 ３３卷第 ４期 ２０１９年 ８月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｎｇｓｕ
Ｕｎｉ江ｖｅｒ苏ｓｉｔｙ科ｏ技ｆＳ大ｃｉｅ学ｎｃｅ学ａ报ｎｄ（自Ｔｅｃ然ｈｎ科ｏｌｏ学ｇｙ版（Ｎ）ａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） ＶｏＡｌｕ３ｇ．３２０Ｎ１ｏ９４
ＤＯＩ：１０．１１９１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０１９．０４．００７
基于扰动补偿的永磁同步电机自抗扰内模控制
裴忠贵１，张玉良２，魏海峰２
（１．常州工程职业技术学院 科技处，常州 ２１３１６４） （２．江苏科技大学 电子信息学院，镇江 ２１２００３）
摘 要：针对传统永磁同步电机 ＰＩ控制存在的鲁棒性差问题，提出考虑参数摄动的永磁同步电机自抗扰内模控制方法．控 制系统转速外环采用自抗扰控制器对外部负载扰动进行补偿，实现对给定转速的跟踪控制．电流内环设计考虑参数摄动的 内模控制器，通过自适应观测器对电机参数摄动量进行实时估计和在线调整，增强电流预测控制的鲁棒性．实验对比传统 ＰＩ控制与新型控制方法，其结果验证了新型控制方法在抗外部负载扰动和内部参数摄动方面的有效性和实用性． 关键词：永磁同步电机；自抗扰控制；内模控制；参数摄动 中图分类号：ＴＭ３０１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－４８０７（２０１９）０４－０３８－０６
－４３．ＤＯＩ：１０．１１９１７／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０１９．０４．００７．
第 ４期 裴忠贵，等：基于扰动补偿的永磁同步电机自抗扰内模控制
３９
算法，其算法简单，鲁棒性强，能够自动检测并补偿 控制对象的内外扰动［８－１１］．为提高系统鲁棒性，达 到自抗扰控 制 的 目 的，文 献 ［１２］结 合 广 义 预 测 控 制理论和扩张状态观测器，提出新型转速跟踪控制 方法，对系统扰动量进行实时补偿．文献［１３］提出 预测函数控制与扩张状态观测器相结合的方法，引 入扩张状态观测器来估计干扰，基于对转速控制器 的干扰估计以增加前馈补偿，采用反卷积控制方法 验证了所提 方 法 的 有 效 性．文 献 ［１４］提 出 由 非 线 性扩展状态观测器，跟踪微分器和动态面控制组成 的控制器抑制干扰，并且可以阻止永磁同步电机的 混沌参数落入特殊区域．非线性扩展状态观测器用 于估计系统的不不确定量，结合跟踪微分器，显着 改善了跟踪性能，在系统存在不确定性和未建模动 态的 情 况 下 提 高 系 统 输 出 的 抗 干 扰 能 力．文 献 ［１５］研究了一种基于 Ｌｙａｐｕｎｏｖ理论的超前预测控 制律，使用二次约束的多元近似来降低复杂度，通 过多参数线性规划获得分段控制律，使用二次 Ｌｙａ ｐｕｎｏｖ函数设计状态和扰动观测器，以保证估计误 差系统的渐 近 稳 定 性．文 献 ［１６］提 出 基 于 一 阶 自 抗扰控制器的新型鲁棒控制方案用于永磁同步电 动机的转速控制，与现有的高阶自抗扰控制器转速 控制相比，该方法无需估计转子磁链，可有效应对 电机各种参 数 摄 动 和 负 载 扰 动．文 献 ［１７］提 出 一 种用于永磁同步电机驱动的鲁棒电流预测控制算 法，鲁棒控制器采用扩张状态观测器来增强电感摄 动鲁棒性，以适应定子电感失配引起的发散，电感 失配不确定度可由扩张状态观测器估计和补偿．
抗扰动性能的优良成为关键．因此，将自抗扰控制 策略融入永磁同步电机交流控制系统成为近年来 永磁同步电机控制领域的研究热点［５－７］．
自抗 ｔｒｏｌｌｅｒ，ＡＤＲＣ）是在继承经典 ＰＩＤ控制优点的基础 上，通过改进经典 ＰＩＤ固有缺陷而形成的新型控制