永磁同步电机的二阶自抗扰控制算法_刘志刚
永磁同步电机自抗扰控制方法研究
永磁同步电机自抗扰控制方法研究摘要：永磁同步电机是一种常用的高性能电机，但其在实际应用中容易受到外界干扰的影响，从而影响其控制性能。
为了提高永磁同步电机的自抗扰能力，本文研究了一种基于自抗扰控制的方法。
关键词：永磁同步电机；自抗扰控制；干扰抑制；控制性能1. 引言永磁同步电机由于其高效率、高功率密度和高动态响应等优点，在工业应用中得到广泛应用。
然而，由于外界干扰的存在，永磁同步电机的控制性能常常受到影响。
因此，研究一种有效的自抗扰控制方法对于提高永磁同步电机的性能具有重要意义。
2. 自抗扰控制方法原理自抗扰控制是一种通过模型参考自适应控制和扰动观测器相结合的控制方法，可以有效地抑制外界干扰的影响。
在永磁同步电机的控制中，可以通过引入扰动观测器来估计和抑制干扰信号，从而提高系统的抗干扰能力。
3. 自抗扰控制方法实现首先，建立永磁同步电机的数学模型，并设计相应的控制器。
然后，根据永磁同步电机的特性和系统需求，确定合适的参考模型和扰动观测器的结构。
接下来，利用自适应控制方法对参考模型进行参数估计，并利用扰动观测器估计和抑制干扰信号。
最后，通过仿真和实验验证，评估自抗扰控制方法的有效性和性能。
4. 结果与讨论通过仿真和实验结果发现，采用自抗扰控制方法可以显著抑制外界干扰的影响，提高永磁同步电机的控制性能。
同时，该方法对于电机参数变化和负载扰动也具有一定的鲁棒性。
5. 结论本文研究了一种基于自抗扰控制的永磁同步电机控制方法。
通过仿真和实验验证，证明了该方法能够有效地抑制外界干扰的影响，提高电机的控制性能和鲁棒性。
该方法对于永磁同步电机的应用具有重要意义，可为相关领域的研究和实践提供参考。
《永磁同步电机自抗扰控制技术》记录
《永磁同步电机自抗扰控制技术》阅读笔记目录一、内容简述 (2)二、永磁同步电机概述 (3)1. 永磁同步电机的基本原理 (4)2. 永磁同步电机的特点及应用领域 (5)三、自抗扰控制技术原理 (7)1. 自抗扰控制技术的概念 (8)2. 自抗扰控制技术的原理及组成 (9)四、永磁同步电机自抗扰控制技术应用 (10)1. 永磁同步电机控制系统结构 (11)2. 自抗扰控制在永磁同步电机中的应用 (12)3. 控制策略与优化方法 (13)五、系统运行分析与性能评估 (14)1. 系统运行稳定性分析 (15)2. 性能评价指标体系 (16)3. 实验验证与结果分析 (17)六、永磁同步电机自抗扰控制技术的挑战与展望 (19)1. 当前面临的挑战 (20)2. 技术发展趋势及前景展望 (21)七、案例分析 (23)1. 实际应用案例介绍 (24)2. 案例分析中的关键点解析 (25)八、结论 (27)1. 研究总结 (28)2. 对未来研究的建议 (29)一、内容简述《永磁同步电机自抗扰控制技术》一书深入探讨了永磁同步电机（PMSM）的控制策略，尤其是自抗扰控制技术在这一领域的应用。
自抗扰控制技术是一种先进的控制系统设计方法，它通过模拟电网的动态过程来增强系统的鲁棒性，从而更有效地应对各种不确定性和干扰。
本书首先介绍了永磁同步电机的基本原理和结构特点，以及它在现代电力传动系统中的重要性。
重点阐述了自抗扰控制技术的核心思想：通过扩张状态观测器（ESO）来实时估计系统的未知扰动，并将其纳入控制律中，以实现对系统的精确控制。
书中详细分析了自抗扰控制器的设计过程，包括如何选择合适的扩张状态观测器参数、如何设计非线性状态反馈控制器等。
还讨论了自抗扰控制在不同应用场合下的性能表现，如调速系统、伺服系统等。
为了验证自抗扰控制技术的有效性，本书还通过仿真实验和实际应用案例进行了大量的测试和分析。
实验结果表明，与传统控制方法相比，自抗扰控制技术在提高永磁同步电机的动态响应、减小稳态误差等方面具有显著优势。
一种基于自抗扰控制的高铁牵引网低频振荡抑制方法[发明专利]
![一种基于自抗扰控制的高铁牵引网低频振荡抑制方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2810ee19f90f76c660371aaa.png)
专利名称：一种基于自抗扰控制的高铁牵引网低频振荡抑制方法
专利类型：发明专利
发明人：刘志刚,姚书龙,张桂南,向川,廖一橙
申请号：CN201510560989.6
申请日：20150906
公开号：CN105119307A
公开日：
20151202
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于自抗扰控制的高铁牵引网低频振荡抑制方法，针对动车组变流器这种强耦合非线性系统，引入非线性自抗扰控制器，包括跟踪微分器(tracking？differentiator,TD)、扩张状态观测器(extended？State？observer,ESO)和非线性反馈控制律
(nonlinear？states？error？feedback？control？laws,NLSEF)三部分，基于自抗扰控制器的瞬态直接电流控制策略的实现。
该方法容易实现，根据整流器状态空间模型，通过编写自抗扰控制模块的功能函数；跟踪微分器：给定直流环节电压值u，当输入信号发生变化时，为使其输出能够在有限的时间内无超调的跟踪输入信号，安排过渡过程；扩张状态观测器：使中间直流电压输出u和输入控制量u来实时跟踪估计变流器的状态和扰动；对扰动给予动态补偿，求取误差反馈控制量u。
如此可以实现控制器较强的鲁棒性和良好的控制品质，提高控制系统稳定性，以较低的成本解决动车组-牵引网电气量低频振荡的问题。
申请人：西南交通大学
地址：610031 四川省成都市二环路北一段111号西南交通大学科技处
国籍：CN
代理机构：成都信博专利代理有限责任公司
代理人：张澎
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基于粒子群算法的永磁同步电机的转速自抗扰控制
基于粒子群算法的永磁同步电机的转速自抗扰控制
陈前;李自成
【期刊名称】《自动化与仪表》
【年(卷),期】2022(37)5
【摘要】永磁同步电机是一个复杂的非线性系统,针对传统的PI控制易受外部干扰影响,该文提出一种优化的一阶非线性自抗扰控制的永磁同步电机矢量控制方法,以此来提高永磁同步电机的抗扰动能力。
该方法优化了自抗扰控制中的非线性函数,解决了传统自抗扰控制易发生高频抖振的问题。
因为采用非线性自抗扰控制器而带来的参数多且难以整定的问题,采用粒子群算法对自抗扰控制中的参数进行整定,为避免粒子群算法陷入局部最优,利用改进的惯性权重函数进行全局寻优,使该算法具有前期惯性权重改变率慢、后期改变率快的优点。
仿真结果表明,采用改进的粒子群寻优后的自抗扰控制在负载切换或受到外部干扰时,产生的波动更小,并能快速恢复稳定,提高了永磁同步电机控制系统的抗扰能力和稳定性。
【总页数】5页(P25-28)
【作者】陈前;李自成
【作者单位】武汉工程大学电气信息学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于自抗扰控制原理的全电飞机用永磁同步电机转速闭环控制
2.基于滑模ESO 转速辨识的永磁同步电机滑模自抗扰控制
3.基于变增益扩张状态观测器的永磁同步电机转速环自抗扰控制器设计
4.基于粒子群算法的永磁同步电机自抗扰控制
5.基于粒子群算法的永磁同步电机自抗扰控制
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基于改进自抗扰和遗传算法的永磁同步电机速度控制
基于改进自抗扰和遗传算法的永磁同步电机速度控制
永磁同步电机具有结构简单、体积小、功率密度高、效率高等优点，在工业控制系统中得到了广泛应用。
永磁同步电机的速度控制是一个复杂的问题，需要解决非线性、不确定性和外部干扰等多种因素的影响。
为了提高永磁同步电机速度控制的性能，本文提出了一种基于改进自抗扰控制（improved active disturbance rejection control，IADRC）和遗传算法（genetic algorithm，GA）的控制方法。
建立永磁同步电机的数学模型，考虑到电机内部的非线性和外部的扰动，采用IADRC方法设计速度控制器。
IADRC方法通过引入扰动观测器来对不确定性和外部干扰进行估计和抑制，从而提高了控制系统的鲁棒性和抗干扰能力。
然后，为了提高IADRC方法的性能，引入了遗传算法进行参数优化。
遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化算法，通过选择、交叉和变异等操作来搜索最优解。
在本文中，将IADRC方法的参数作为遗传算法的个体，通过迭代选择和优化操作，找到最优的控制参数。
实验结果表明，采用遗传算法优化后的IADRC方法比传统的PID控制器和传统的IADRC 方法具有更好的速度跟踪性能和鲁棒性。
本文提出了一种基于改进自抗扰控制和遗传算法的永磁同步电机速度控制方法。
该方法能够有效克服非线性、不确定性和外部干扰等因素的影响，提高控制系统的性能和稳定性。
进一步的研究可以考虑应用该方法于其他类型的电机控制中，并进行实际系统的应用验证。
基于改进自抗扰和遗传算法的永磁同步电机速度控制
基于改进自抗扰和遗传算法的永磁同步电机速度控制1. 引言1.1 背景介绍为了提高永磁同步电机的速度控制性能，研究人员提出了不同的控制算法。
自抗扰控制算法和遗传算法作为两种有效的控制方法，在永磁同步电机速度控制中得到了广泛应用。
自抗扰控制算法能够有效地抑制系统受到的外部扰动，提高系统的鲁棒性和稳定性。
遗传算法则能够通过模拟生物进化的过程，寻找最优控制参数，优化系统的性能。
本文基于改进自抗扰和遗传算法提出了一种永磁同步电机速度控制方案，通过对比实验结果，分析了该方法的优势和不足之处。
本研究的意义在于提高永磁同步电机的速度控制性能，推动智能控制技术在电机领域的发展。
1.2 研究意义自抗扰控制算法是一种针对不确定性和扰动的有效控制方法，通过对系统的扰动进行补偿，可以有效提高系统的鲁棒性和稳定性。
遗传算法是一种优化算法，通过模拟自然选择和遗传机制来搜索最优解。
将自抗扰控制算法与遗传算法相结合，可以充分发挥它们各自的优势，提高控制系统的性能和稳定性。
基于改进自抗扰和遗传算法的永磁同步电机速度控制是将两种算法相结合应用于控制永磁同步电机的速度，可以提高系统的动态性能和鲁棒性，实现更精确、稳定的控制效果。
通过实验结果与性能比较分析，可以验证这种控制方法的有效性和优势。
研究基于改进自抗扰和遗传算法的永磁同步电机速度控制具有重要的实际意义和应用价值。
1.3 研究现状永磁同步电机是一种性能优越的电机，在工业和家庭应用中得到广泛应用。
对永磁同步电机速度控制的研究已经取得了很大进展，但仍然存在一些问题需要解决。
目前，常用的永磁同步电机速度控制方法包括PI控制、模糊控制、自适应控制等。
这些方法在提高控制精度和抗干扰能力方面还有待改进。
近年来，自抗扰控制和遗传算法逐渐成为永磁同步电机速度控制的研究热点。
自抗扰控制算法通过动态补偿系统的扰动，提高系统的鲁棒性和稳定性。
遗传算法则是一种优化搜索算法，能够寻找最优的控制参数。
将自抗扰控制和遗传算法结合起来，可以更好地解决永磁同步电机速度控制中的问题。
基于永磁同步电机模型辨识与补偿的自抗扰控制器
第28卷第24期中国电机工程学报V ol.28 No.24 Aug.25 2008118 2008年8月25日 Proceedings of the CSEE ©2008 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013 (2008) 24-0118-06 中图分类号：TM 351 文献标识码：A 学科分类号：470·40基于永磁同步电机模型辨识与补偿的自抗扰控制器刘志刚，李世华（东南大学自动化学院，江苏省南京市 210096）Active Disturbance Rejection Controller Based on Permanent MagneticSynchronous Motor Model Identification and CompensationLIU Zhi-gang, LI Shi-hua(School of Automation, Southeast University, Nanjing 210096, Jiangsu Province, China)ABSTRACT：In the permanent magnetic synchronous motor (PMSM) speed-regulation system controlled by first-order active disturbance rejection controller (ADRC), it is difficult to ensure the estimation precision of disturbance by extended state observer (ESO) in the case of big disturbance. In order to make disturbance better estimated by ESO, and improve the control performance of ADRC, a model-compensation ADRC scheme for the PMSM speed-regulation system is presented. Partial model of the PMSM is identified and this partial model information is employed to compensate disturbance partially in the design of the one-order ADRC. The pressure of estimating disturbance for ESO is generally decreased and the estimation precision is enhanced. Simulation results indicate that this algorithm has better anti-load-disturbance performance.KEY WORDS: permanent magnetic synchronous motor; active disturbance rejection controller; inertia identification; load-torque observation; model compensation摘要：在用1阶自抗扰(active disturbance rejection controller，ADRC)控制的永磁同步电机(permanent magnetic synchr- onous motor，PMSM)调速系统中，当扰动变化大时，扩张的状态观测器(extended state observer，ESO)难以保证对扰动的估计精度。
一种永磁无刷直流电机自抗扰-锁相环双模控制方法
一种永磁无刷直流电机自抗扰-锁相环双模控制方法王灿;刘刚;王志强【期刊名称】《微电机》【年(卷),期】2010(043)001【摘要】针对大型卫星和未来空间站用控制力矩陀螺的高速转子控制系统动态响应慢的问题,提出了一种自抗扰-锁相环双模控制方法.通过电流转速双环自抗扰控制器和自抗扰锁相环控制器两种模式之间的切换来实现无刷直流电机转子转速的快响应、低超调和高精度控制.在期望转速点上通过电流环自抗扰转速锁相环模式实现转子转速高精度控制,在期望转速点外通过双环自抗扰控制器实现到期望转速点的快速跟踪.仿真和实验验证了上述方法的正确性和有效性.【总页数】5页(P33-37)【作者】王灿;刘刚;王志强【作者单位】北京航空航天大学,仪器科学与光电工程学院,北京,100191;新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,北京,100191;北京航空航天大学,仪器科学与光电工程学院,北京,100191;新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,北京,100191;北京航空航天大学,仪器科学与光电工程学院,北京,100191;新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室,北京,100191【正文语种】中文【中图分类】TM301.2;TM36+1【相关文献】1.基于锁相环和双模速度双重控制的永磁无刷直流电机的研究 [J], 徐春雷;韩长远2.一种基于串级线性自抗扰控制的四旋翼无人机控制方法 [J], 钟元; 章豪3.一种改进的陀螺自平衡车自抗扰控制方法 [J], 单钧麟;汪立新;秦伟伟;周小刚4.一种改进型自抗扰控制方法的雷达伺服系统研究 [J], 成晓斌5.一种小型弹用发动机空中起动环境模拟试验主动抗扰控制方法 [J], 王信;钟华贵;但志宏;罗载奇;郭强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
永磁同步电机伺服系统高精度自抗扰FCS-MPC
ｓｙｓｔｅｍ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｃｅ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｏｂｓｅｒｖｅｒ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ
ｓｔｒａｔｅｇｙ ｍａｄｅ ｔｈｅ ＰＭＳＭ ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｖｅ ｈｉｇｈ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｇｏｏｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒ ｍ ａｎｃｅ，ｓｔｒｏｎｇ ａｎｔｉ
ｂｙ ａｐｐｌｙｉｎｇ ｔｈｅ ＥＳＯ ｍ ｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ ａｒｃ－ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ ｓｉｎｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｓｅｒｙｏ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｂａｃｋ ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅ ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｕｎｃｅｒｔａｉｎ ｔｅｒ ｍ ｏｆ ｔｈｅ ＰＭＳＭ ｓｅｒ ｖｏ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｃｏｎｓｔｒ ｕｃｔｅｄ ｂｙ ＥＳＯ ｔｅｃｈ－
ｓｙｓｔｅｍ
许 伟 土 等
０ 引 言
三相永磁同步电机（以下简称 ＰＭＳＭ）具有结构 简单 ，体 积 小 ，转 动 惯 量 小 和 功率 因 数 大 等 突 出 优
规 ＦＣＳ—ＭＰＣ缺点，张永昌等 提出了基于快速矢 ｉ笾 量选择的ＦＣＳ—ＭＰＣ策略，该方法能够相应地减小 星 系统控制过Biblioteka 中的计算量，但是反电动势项的估计 安
－ ｌｏａｄ ａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｔｒｏｎｇ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｅｒｍ ａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｍｏｔｏｒ（ＰＭＳＭ）；ａｒｃ－ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ ｓｉｎｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｓｔａｔｅ ｏｂｓｅｒ ｖｅｒ （ＥＳＯ）；ａｃｔｉｖｅ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ（ＡＤＲＣ）；ｆ ｉｎｉｔｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｅｔ ｍｏｄｅｌ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ（ＦＣＳ－ＭＰＣ）；ｓｅｒ ｖｏ
永磁同步电机抗抖振滑模控制算法研究_郭健
z觶 1=z2+bu， z觶 2=f（t）， y=z1
（ 16 ）
式 中 ：z2 为 新 状 态 变 量 ， 称 为 被 扩 张 的 状 态 变 量 。
对该系统建立状态变量观测器： .
ee e=z赞 1-y， z赞 1=z赞 2-β1 e 1/2sgn（e）+bu e. ee z赞 2=-β2 e 1/4sgn（e）
（17）
β1 和 β2 为 正 实 数 。 选 取 适 当 的 参 数 β1 和 β2，
可 得 到 z1，z2 的 估 计 值 z赞 1 和 z赞 2。 由 于 f （t） 的 形 式 已
（ 15 ）
4 扩张状态观测器观测扰动
扩 张 状 态 观 测 器 是 自 抗 扰 控 制 技 术 [7-8] 的 重
要组成部分，能够根据控制对象输入输出数据，估
计系统的状态信息和作用于控制对象扰动总和的
实时作用量。
由 前 述 推 导 可 知 ，g （x1，x2，t） 表 示 控 制 系 统 和 电 机 模 型 的 不 确 定 因 素 及 外 界 扰 动 。 若 能 对 g（x1， x2，t） 中 的 部 分 项 进 行 估 计 ， 然 后 利 用 该 估 计 值 对 系统进行前馈补偿， 就能在很大程度上减小切换
T觶 L J
+
ki Jkp
TL+
npΨf Jkp
u觶 q+g0（x1，x2） ， 即
g （x1，
x2，t） 为 系 统 各 种 不 确 定 项 和 外 界 扰 动 的 综 合 。
假设 1：g（x1，x2，t）有界，且满足 g（x1，x2，t） ≤
l，l>0。 为了得到理想的系统跟踪性能，设计如下
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永磁同步电机的二阶自抗扰控制算法*
刘志刚，李世华
东南大学自动化学院, 南京 210096 E-mail:lsh@ 摘 要： 用自抗扰控制(ADRC)技术设计永磁同步电机(PMSM)调速系统的控制器时,通常根据速度输出方程将速度环 控制器设计成一阶自抗扰控制器.这种设计利用了速度调节器的输出(即电流 PI 调节器的给定)来近似代替实际的 q 轴 定子电流.一阶自抗扰控制器无法对这种近似进行补偿,使得闭环系统难以获得更为优异的性能.本文针对这个问题, 通 过对速度输出方程的分析, 提出一种新的二阶自抗扰调速控制解决方案.仿真结果表明,该方案使得闭环系统具有更强 的抗扰动性能,而且具有更平缓的速度响应和更小的超调. 关键词：永磁同步电机,自抗扰控制器,速度控制,非线性控制,二阶
uq
* = 0+ id iq
w
ua
ub
q
ud
ia
ib
ia
ib
* 来代替 iq ，实际上是做了 iq = iq 的近似。当速度环中
id
图 1 基于矢量控制的永磁同步电机系统原理框图
2.1 永磁同步电机调速系统的一阶自抗扰控制器设 计 (One-order ADRC Designing for PMSM Speed-regulation System) 本调速系统中，电流环仍采用 PI 控制器，速度 环采用自抗扰控制器，由式(1)中第 3 式可以得到 ny B T (2) & = p f iq - w - L w J J J n yf B T 令 a(t ) = - w - L , b = p J J J & = a(t ) + b * iq 则w 则 永磁同步电机调速系统 可近似化为一阶 积 分 型线性系统。因此根据自抗扰控制原理，可以设计一 个一阶自抗扰控制器来解决这一问题， 从而实现永磁 [18] 同步电机的速度控制 。 一阶自抗扰控制器的结构如 图 2 所示，此处没有用到跟踪微分器。 69
A Two-order Active Disturbance Rejection Control Algorithm for Permanent Magnetic Synchronus Motor
Liu Zhigang ,Li Shihua
College of Automaton, Southeast University Nanjing 210096, P. R. China E-mail:lsh@ Abstract: When designing the controller by using active disturbance rejection control (ADRC) techniques for the permanent magnetic synchronous motor (PMSM) speed-regulation system, the speed controller is designed to be a one-order ADRC according to the speed output equation. This design employs the output of the speed regulator, i.e., the input of the current regulator, to approximately replace the real q-axis stator current. The one-order ADRC can not compensate this approximation, which makes it difficult for the closed loop system to obtain excellent performance. Considering this problem, a new two-order ADRC scheme is proposed in this paper based on the analysis of speed output equation. Simulation results indicate that under this scheme the closed loop system can have stronger anti-disturbance ability, more smooth speed response and less overshoots.. Key Words: Permanent Magnetic Synchronous Motor(PMSM),Active Disturbance Rejection Control(ADRC),Speed control ,Nonlinear control; Second order
*此项工 作得到东南大学优 秀青年教师计划资助。
68
2
永磁同步电机调速系统的自抗扰控制器设计 (ADRC Designing for PMSM Speed-reg- lation System)
d
w* +
设永磁体基波励磁磁场轴线( 磁极轴线) 为 d 轴 (直轴)，q 轴(交轴)逆时针方向超前 d 轴 90 度，在随 转子旋转的 dq 坐标系上，永磁同步电机理想的数学 模型 [1] 为 &d ö æ - R / L æi ö 0 pnw s d ç& ÷ ç ÷ - Rs / Lq - pny f / Lq ÷ ç iq ÷ = ç - pnw çw ÷ ç pny f / J -B / J ÷ ø è &ø è 0 (1) æ id ö æ ud / Ld ö ÷ ç ÷ ç ´ ç iq ÷ + ç uq / Lq ÷ ç w ÷ ç -T / J ÷ è ø è L ø 式(1)中：ud ，uq 为 dq 坐标系上的定子电压；id ， iq 是 dq 坐标系上的定子电流； Ld ， Lq 是 dq 坐标系 上的定子等效电感； Rs 为定子电阻； pn 为永磁同步 电机的极对数； w 为电机转子机械角速度； y f 为永 久磁铁对应的转子磁链；TL 为负载转矩；B 为粘滞摩 擦系数； J 为电机与负载转动惯量之和。实际中，为 使转速和电流解耦，常采用 id º 0 的矢量控制方式。 基于矢量控制的永磁同步电机调速系统原 理 框 图如图 1 所示。
积 分 增益 ki =1000 ， 二阶自抗扰控制器 中 的 参数 ： R =2000 ， K p =800 ， K d =130 ， 三 阶 ESO 的 极 点
* u (t ) = ( kp s + ki )iq
断周期比电流环中断周期大得多时， 可以忽略电流动 态响应过程，这种近似是合理的，在实际应用中为了 加快速度响应，速度环中断周期要尽可能小，使得速 度环中断周期与电流环中断周期相差不大， 忽略动态 响应过程就不能保证系统的高性能控制。 本文引入二阶自抗扰控制器的设计方法， 提出用 二阶自抗扰控制器来设计永磁同步电机速度环的控 制方案。 由电流环的 PI 控制器可得 uq ( s) k = kp + i (5) * iq ( s) - iq ( s) s 其中， kp 和 ki 是电流环比例增益和积分增益，由(5) 可得
型，但控制器设计却和模型的阶次有关。文[17]把自 抗扰控制器用于永磁同步电机的位置环控制。文[18] 和[19]把一阶自抗扰控制器分别用于基于矢量控制和 基于直接转矩控制的永磁同步电机调速系统中， 改善 了永磁同步电机的动态性能和抗扰动性能。 对永磁同步电机调速系统的一阶 ADRC 是一种 存在近似的设计。这种设计利用了 q 轴电流 PI 调节 器的给定来近似代替实际的 q 轴定子电流, 由于 q 轴 定子电流与速度是一阶微分方程的关系， 此时可以近 似用一阶微分方程描述电流 PI 调节器的给定与速度 的 关系。 一阶自抗扰控制器无法对这种近似进行补 偿，使得闭环系统难以获得更为优异的性能。 本文在分析速度输出方程的基础上， 给出了一个 新的二阶自抗扰调速方案。 针对永磁同步电机调速系 统 ，将电流环控制器作为永磁同步电机模型的一 部 分， 得到二阶速度输出方程， 设计二阶自抗扰控制器。 仿真结果表明，与一阶自抗扰方案相比，二阶自抗扰 在保证动态性能的同时， 具有更好的抗负载扰动及抑 制稳态波动的能力。
1
引言(Introduction)1
永磁同步电机(PMSM)以其高转矩/惯量比、高功 率密度、低损耗、维护方便、等特点，在航空、航天、 数控机床、加工中心、机器人、电动汽车和家用电器 等方面都获得了广泛的应用 [1] 。 永磁同步电机通常采 用矢量控制和直接转矩控制， 控制结构多采用双环结 构，内环为电流环，外环为速度环，控制方法多采用 PI 控制器 [ 2 ] 。PI 无法解决快速性和超调之间的矛盾， 同一个 PI 参数不能适应不同的电机转速范围，PI 参 数需要分别调节 [ 3] 。 所以在调速系统中难以达到令人 满意的性能。 随着现代控制理论和电机控制技术的发展， 近年 来 不少非线性控制方法被 应用于 永磁同步电机的控 制中[4-11]，这些方法不仅丰富了永磁同步电机的控制 理论， 而且从不同方面使得永磁同步电机在性能上得 到改进。 自抗扰控制器 [12,13] 是 近 年 来用 到 电机控制 中 的 一种新的非线性算法[14-19]。 自抗扰控制器能实时估计 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。 自抗扰控制器不依赖于系统模
w*
* iq +
-
线性 P
u0
+ 1/ b b
u
被控 对象
wห้องสมุดไป่ตู้
z2 z1
一阶 ADRC 二阶 ESO
图 2 一阶自抗扰控制器的结构图