带扰动观测器的永磁同步电机非线性预测跟踪控制

《带扰动观测器的永磁同步电机非线性预测跟踪控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、带扰动观测器的永磁同步电机非线性预测跟踪控制摘要：针对永磁同步电机系统转速跟踪控制问题，基于非线性预测控制方法设计控制系统，使该系统满足高性能控制要求。并将负载转矩作为未知扰动来考虑，利用扰动观测器得到其估计值，从而提高系统鲁棒性。仿真实验结果表明，本文方法能够快速准确地实现转速跟踪，并提高系统对负载转矩扰动的鲁棒性。关键词：永磁同步电机；非线性预测控制；转速跟踪;扰动观测器中图分类号：TM351文献标志码：A文章编号：1005-261503-0367-05NonlinearPredictiveTrackingControllerforPermanentMagnet

2、SynchronousMotorwithDisturbanceObserverShenShaobo，LiTao，ZuHui，ZhangGuobaoAbstract：Tosatisfythehighperformancecontroldemandforspeedtracking,anonlinearpredictivecontrollerforapermanentmagneticsynchronousmotorisdesigned.Theloadtorqueisalsoconsideredastheunknownperturbationandadisturbanceo

3、bserverisdesignedtogettheestimatedvalueofloadtorque，thusimprovingtherobustness.Finally，simulationresultsshowthatthequickandaccuratespeedtrackingisrealizedaswellasthestrongerrobustnessagainstloadtorqueperturbations.Keywords:permanentmagneticsynchronousmotor；nonlinearpredictivecontrol;sp

4、eedtracking:disturbanceobserver永磁同步电机以其结构简单、运行可靠、体积小、损耗低、效率高等特点，在风力发电、电动汽车、机器人等领域得到广泛应用［1-3］。针对PMSM控制问题，目前普遍采用的控制手段是基于转子磁场定向的矢量控制技术，将转速和电流解耦后分别进行控制。所使用的控制方法包括经典线性控制方法，例如PI控制［4-5］、基于直接反馈线性化［6］等方法，也有文献使用非线性控制方法，例如自适应控制P-8］,Hoo控制［9］等。但由于PMSM系统具有强非线性且存在未知扰动的作用，上述方法无法满足高性能控制的要求，或因为较高的计算量而难以

5、实现。预测控制是基于最优控制理论的鲁棒控制算法，能够有效处理非线性系统，提高系统鲁棒性，从而得到广泛应用［10-12］。文献［13］将预测控制运用到PMSM系统中，运用电流与电压的解耦得到线性模型，但将负载转矩作为己知扰动来处理。文献［14，15］运用模型预测控制方法对PMSM系统进行控制，但基金项目：国家自然科学基金资助项目；江苏省自然科学基金资助项目。收稿日期：2015-03-02；修订日期：2015-04-23设计了一个扰动观测器，用观测器获得的负载转矩的估计值来代替实际值。由PMSM系统方程可得故设计初始的扰动观测器如下式中t为所设计的观测器增益函数。再定义

6、观测器误差，建立如下误差方程根据文献［17］中所使用的方法，增益函数1取值为其中：并且P0为大于0的常数。则有将其代入式可得式中ey2=y2-y2i•为速度跟踪误差。对式求解，则负载转矩观测值可由下式得到假设观测扰动的初始虚拟值，则可得如下观测器方程由观测器方程可见，只需要测量得到系统实际转速，观测器就可以利用实际转速与给定转速的误差值得到负载转矩估计值。在系统受到未知负载转矩扰动的作用时，便可将观测值代入到控制器中，提高系统对负载扰动的鲁棒性。4仿真结果本节通过两组Matlab中Simulink仿真实验来分别验证本文方法的转速跟踪性能与鲁棒性。实验中对PMSM系统

7、采用id=O控制策略，控制系统框图如图1所示，其中表示给定转速与电流。不失一般性，所选用电机参数如表1所示。实验1:不考虑负载转矩的影响，来验证PMSM系统转速跟踪性能。实验中采用id=O控制策略，即保持电流id为0,使电机转速跟踪给定值。如图1所示，利用Clark变换与Park变换，将测量得到的PMSM三相电流ia、ib、ic转换为d-q坐标系下的等效电流id、iq。将电流与转速值代入控制器可得到控制量ud与uq，从而实现对电机转速的控制。本文所采用NPC方法实验中的d、q轴电流值如图2所示，可见系统稳定运行后，d轴电流能够稳定在0值附近，表明NPC方法对电流