永磁同步电机抑制复合多频扰动的分级并联自抗扰控制方法

本发明涉及永磁同步电机伺服驱动控制，具体涉及一种永磁同步电机抑制复合多频扰动的分级并联自抗扰控制方法，适用于新能源汽车、精密机床、航空航天高精度伺服系统，可同时抑制电机运行中非周期低频扰动与6/12次周期性谐波扰动。

背景技术：

1、永磁同步电机（pmsm）凭借高功率密度、高效率、宽调速区间优势，已成为高精度伺服驱动装备的核心执行部件，行业普遍采用磁场定向控制（foc）实现电机解耦调速。foc通过clark、park坐标变换，可以将三相交流电机在静止坐标系下的强耦合、非线性时变模型，解耦为在同步旋转坐标系下两个独立的直流量：代表磁场分量的d轴电流与代表转矩分量的q轴电流。

2、然而，理想的控制模型与复杂的实际运行环境之间存在显著区别。在实际工况下，电机d、q轴电流环会持续受内外复合扰动影响：一是模型参数漂移、负载突变、摩擦阻力、斜坡负载等非周期低频扰动；二是磁路不对称、齿槽效应、逆变器死区效应带来的6次、12次电频次周期性谐波扰动。两类复合扰动会造成电流波形畸变、转矩波动、稳态误差增大，大幅降低伺服控制精度。

3、自抗扰控制（adrc）依靠扩张状态观测器（eso）能够实时估计并前馈补偿总扰动，无需精确被控对象模型，是主流抗扰方案。然而，传统线性扩张状态观测器（leso）存在固有缺陷：观测带宽受限，对高频周期性谐波存在幅值衰减、相位滞后，导致稳态观测误差；为减小该误差，理论上需大幅提高带宽，但若提高观测带宽，会直接放大电流采样高频噪声，降低信噪比，引发系统振荡，陷入“精度-噪声”矛盾。

4、现有带宽优化、高阶/级联eso、谐振型eso等改进方案虽能部分提升扰动估计能力，但普遍存在扰动处理路径耦合、相位裕度受损、谐波估计失真、参数整定复杂及频率偏移适应性差的缺陷，无法同时满足永磁同步电机电流环中非周期与周期性复合扰动的高精度、高鲁棒性解耦控制需求。

5、因此，提出一种永磁同步电机抑制复合多频扰动的分级并联自抗扰控制方法，以消除控制过程当中产生的非周期与周期性扰动，提升动态跟踪能力与稳态精度，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供了一种永磁同步电机抑制复合多频扰动的分级并联自抗扰控制方法，以解决现有技术存在的问题。

2、本发明提出了一种永磁同步电机抑制复合多频扰动的分级并联自抗扰控制方法，包括：

3、s1：采集永磁同步电机三相子电流，并经clark变换、park变换得到同步旋转dq坐标系下的d轴真实电流和q轴真实电流；采集永磁同步电机的实际转速；利用转速环pi控制器结合期望转速与实际转速的差值得到q轴期望电流，设置d轴期望电流为0；

4、s2：分别构建d轴电流环和q轴电流环的并联解耦双支路观测器，分别估计两路扰动分量并叠加，得到对应电流环的总扰动估计值，其中，d轴电流环和q轴电流环的并联解耦双支路观测器结构相同，所述双支路观测器包括并联架构的级联扩张状态观测器支路和谐振谐波观测器支路，两条支路传递函数完全解耦，参数独立调节；所述级联扩张状态观测器支路用于估计低频及非周期扰动，采用两级串联结构，第一级观测器用于对电流环系统扰动进行粗略估计，第二级观测器用于对第一级观测器的估计误差进行再次估计与补偿；所述谐振谐波观测器支路用于估计电流环中6次和12次电流谐波扰动；

5、s3：将所述总扰动估计值补偿至控制律中，得到控制电压，其中，所述控制律由比例反馈项、扰动补偿项及参考微分前馈项三部分组成；

6、s4：将控制电压与转子实时电角度输入反park变换模块，经过反park变换转化为坐标系电压，送入svpwm空间矢量脉宽调制模块进行脉冲宽度调制，输出六路控制信号，再将六路控制信号输入到逆变器中，输出三相控制电流驱动永磁同步电机旋转。

7、优选，q轴电流环中的级联扩张状态观测器支路中，第一级观测器的数学模型如下：

8、；

9、式中，为第一级观测器输出的q轴电流估计值，为第一级观测器的估计扰动，为q轴真实电流，为q轴电流环输出电压，、为第一级观测器比例增益；为电流环被控对象增益；

10、第二级观测器的数学模型如下：

11、；

12、式中，为对第一级电流估计误差的补偿量，是对第一级扰动估计误差的补偿量，、为第二级观测增益；

13、级联扩张状态观测器总扰动估计值为：。

14、进一步优选，，为级联扩张状态观测器的观测带宽。

15、进一步优选，所述级联扩张状态观测器扰动估计误差传递函数如下：

16、；

17、其中，为级联扩张状态观测器的观测带宽。

18、进一步优选，所述谐振谐波观测器支路包括前置低频扰动过滤模块、6次谐振观测器和12次谐振观测器，其中，前置低频扰动过滤模块预先滤除低频扰动和非周期扰动，仅保留周期性扰动分量；前置低频扰动过滤模块后分别串联6次谐振观测器和12次谐振观测器，用于提取电流中6次和12次谐波扰动分量。

19、进一步优选，前置低频扰动过滤模块通过经典eso搭建滤波单元，公式如下：

20、；

21、式中，为q轴电流的估计值，为q轴电流观测误差，定义为，为q轴真实电流，为q轴电流环输出电压，为谐振谐波观测器支路总扰动估计值；为基波/非周期扰动分量，为6次谐波扰动分量；为12次谐波扰动分量。

22、进一步优选，采用二阶广义积分器结构构建6次谐振观测器和12次谐振观测器，模型如下：

23、；

24、式中，分别为6次和12次谐振观测器的正交辅助状态变量；分别为6次和12次谐波的谐振角频率；为谐振阻尼系数；为观测器增益系数。

25、进一步优选，；

26、其中，代表谐振通道的期望收敛带宽，、为增益系数。

27、进一步优选，谐振单元的传递函数分子部分包含超前相位补偿的一阶超前环节。

28、本发明提供的永磁同步电机抑制复合多频扰动的分级并联自抗扰控制方法，能有效提高系统的谐波抑制能力、参数鲁棒性和动态性能。

1.一种永磁同步电机抑制复合多频扰动的分级并联自抗扰控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机抑制复合多频扰动的分级并联自抗扰控制方法，其特征在于：q轴电流环中的级联扩张状态观测器支路中，第一级观测器的数学模型如下：

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机抑制复合多频扰动的分级并联自抗扰控制方法，其特征在于：，为级联扩张状态观测器的观测带宽。

4.根据权利要求1所述的永磁同步电机抑制复合多频扰动的分级并联自抗扰控制方法，其特征在于：所述级联扩张状态观测器扰动估计误差传递函数如下：

5.根据权利要求1所述的永磁同步电机抑制复合多频扰动的分级并联自抗扰控制方法，其特征在于：所述谐振谐波观测器支路包括前置低频扰动过滤模块、6次谐振观测器和12次谐振观测器，其中，前置低频扰动过滤模块预先滤除低频扰动和非周期扰动，仅保留周期性扰动分量；前置低频扰动过滤模块后分别串联6次谐振观测器和12次谐振观测器，用于提取电流中6次和12次谐波扰动分量。

6.根据权利要求5所述的永磁同步电机抑制复合多频扰动的分级并联自抗扰控制方法，其特征在于：前置低频扰动过滤模块通过经典eso搭建滤波单元，公式如下：

7.根据权利要求6所述的永磁同步电机抑制复合多频扰动的分级并联自抗扰控制方法，其特征在于：采用二阶广义积分器结构构建6次谐振观测器和12次谐振观测器，模型如下：

8.根据权利要求7所述的永磁同步电机抑制复合多频扰动的分级并联自抗扰控制方法，其特征在于：

9.根据权利要求7所述的永磁同步电机抑制复合多频扰动的分级并联自抗扰控制方法，其特征在于：谐振单元的传递函数分子部分包含超前相位补偿的一阶超前环节。