本發(fā)明屬于電機擾動抑制，具體涉及一種基于eso和非奇異快速終端滑?？刂频膒msm擾動抑制方法。

背景技術：

1、永磁同步電機(pmsm)由于體積小、性能優(yōu)異、結構簡單、效率高等特點，在各種機電能量轉換系統(tǒng)中被廣泛應用。眾所周知，pi控制技術由于其實現簡單很受歡迎。然而，永磁同步電機系統(tǒng)是一個非線性強耦合系統(tǒng)，非線性因素在永磁同步電機驅動中廣泛存在，如逆變器非線性、磁鏈諧波、不平衡相阻抗等因素的存在會導致電機平穩(wěn)運行。在這種情況下，僅簡單地使用pi控制算法難以應對電機在多樣且復雜環(huán)境下地運行。

2、因此，國內外學者在pmsm領域，針對擾動抑制開展了大量控制技術的研究，提出并實施了幾種非線性控制方法，如自抗擾控制、預測電流控制、內?？刂啤⒒？刂?smc)和自適應控制方法。

3、在上述幾種方法中，smc由于對不確定性和干擾不敏感，被認為是處理不確定非線性系統(tǒng)最有效的方法之一。為了進一步提升抑制擾動的效果，往往將滑模控制方法與觀測器進行結合。

4、現有技術li?z等在nonsingular?fast?terminal?sliding?mode?controlstrategy?for?pmlsm?based?on?disturbance?compensation.(journal?of?electricalengineering&technology,2024,19(3):1331-1342.)文章中提出了一種基于擾動補償的非奇異快速終端滑模控制器,在指數趨近律中引入系統(tǒng)狀態(tài)變量，使控制器能夠隨著系統(tǒng)狀態(tài)的變化進行自適應調整。但從實驗結果可以看出，永磁同步電機速度跟蹤控制的穩(wěn)態(tài)精度仍有提高的空間。

5、現有技術gao?x?k在backstepping?nonsingular?fast?terminal?sliding?modecontrol?for?manipulators?driven?by?pmsm?with?measurement?noise.(in:proceedings?of?2023chinese?intelligent?automation?conference:2023chineseintelligent?automation?conference(ciac2023),october?2-5,2023,nanjing,china.2023.322-330.))中提出一種基于反步法非奇異快速終端滑模控制，并且通過高增益擴張狀態(tài)觀測器用于補償集總干擾和建模誤差。針對高增益擴張狀態(tài)觀測器對測量噪聲敏感的情況，加入了擴展卡爾曼濾波器的(ekf)與之結合。但是反步控制設計復雜，其方法需要逐步設計和遞歸計算，每一步都需要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這使得設計過程復雜且耗時。

6、另有現有技術li?t等在non-cascade?fast?nonsingular?terminal?slidingmode?control?of?permanent?magnet?synchronous?motor?based?on?disturbanceobservers.

7、(journal?of?electrical?engineering&technology,2022,17(2):1061-1075.))中提出了一種基于擾動觀測器的非串級快速非奇異終端滑?？刂扑惴?同時分別設計了非線性干擾觀測器和對偶干擾觀測器來估計運動過程中的干擾。但是忽略電流環(huán)產生的電流靜差對系統(tǒng)產生的影響。

8、綜上所述，現有技術中盡管有效地抑制了干擾和不確定性因素對pmsm的影響，但是在電流環(huán)中往往忽略了電感和磁鏈失配時產生的電流靜差。

技術實現思路

1、本發(fā)明提供了一種基于eso和非奇異快速終端滑?？刂频膒msm擾動抑制方法，用以解決目前永磁同步電機電感和磁鏈失配時產生的電流靜差產生擾動的問題。

2、為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是：所述一種基于eso和非奇異快速終端滑模控制的pmsm擾動抑制方法，其中，包括以下步驟：

3、s1：建立pmsm的理想數學模型，并獲取由干擾和不確定性因素引起的擾動的數學模型；

4、s2：設計擴張狀態(tài)觀測器，對由干擾和不確定性因素引起的擾動的數學模型進行擾動估計和前饋補償，結合二階擴張狀態(tài)觀測器模型，確定擴張狀態(tài)觀測器的增益系數；

5、s3：定義系統(tǒng)的誤差狀態(tài)，設計滑?？刂破?；

6、s4：結合所述二階擴張狀態(tài)觀測器模型以及所述滑?？刂破?，獲取電流控制器的電流輸出值。

7、本發(fā)明一個較佳實施例中，步驟s1中，所述由干擾和不確定性因素引起的擾動的數學模型通過式1獲得：

8、

9、其中，δj、δb、δrs、δl都是實際值與標稱值之間的誤差，ud、uq分別為d,q軸電壓，l為電感，id、iq分別為d,q軸電流，ω為實際轉速；pn為極對數；為永磁體轉子磁鏈，rs為電阻，j為轉動慣量，b為阻尼系數,tl為負載轉矩，di(i＝1，2，3)為由干擾和不確定性因素引起的擾動，d1是轉速通道的擾動，d2是iq軸通道的擾動，d3是id軸通道的擾動。

10、本發(fā)明一個較佳實施例中，所述理想數學模型通過式2獲得：

11、

12、其中，ld、lq為d,q軸上的電感量,di(i＝1，2，3)為由干擾和不確定性因素引起的擾動，d1是轉速通道的擾動，d2是iq軸通道的擾動，d3是id軸通道的擾動。

13、本發(fā)明一個較佳實施例中，對所述步驟s2中，對由干擾和不確定性因素引起的擾動的數學模型進行擾動估計和前饋補償通過式3獲得：

14、

15、其中，a1＝-b/j,a2＝a3＝-rs/l，u1＝0，u2＝uq,u3＝ud,r1＝0,r2＝r3＝1/l,l3＝pnωiq，z1＝ω,z2＝iq,z3＝id。

16、本發(fā)明一個較佳實施例中，步驟s2中，所述擴張狀態(tài)觀測器通過式4獲得：

17、

18、其中，是對狀態(tài)的觀測，是對擾動的觀測，βi、β0i為eso的增益系數；

19、所述擴張狀態(tài)觀測器的增益系數通過式5獲得：

20、

21、其中，ω0為線性擴張狀態(tài)觀測器的帶寬。

22、本發(fā)明一個較佳實施例中，所述步驟s3中，所述滑?？刂破魍ㄟ^式6獲得：

23、

24、其中，s為滑模面，ε,c是常數，且大于0。

25、本發(fā)明一個較佳實施例中，選取的所述滑模面s通過式7獲得：

26、

27、其中，sigσi(ei)＝sig(ei)|ei|σi，且λ1>0，λ2>0,1<σ2<2,σ1>σ2。

28、本發(fā)明一個較佳實施例中，所述步驟s3中，系統(tǒng)的誤差狀態(tài)通過式8進行定義：

29、

30、其中，ωref是給定轉速，id、iq分別為d,q軸電流，ω為實際轉速，j為轉動慣量，b為阻尼系數，d1是轉速通道的擾動。

31、本發(fā)明一個較佳實施例中，所述步驟s4中，電流控制器的電流輸出值通過式9和式10獲得：

32、

33、其中，ud、uq分別為d,q軸電壓；l為電感，id、iq分別為d,q軸電流，ω為實際轉速，為永磁體轉子磁鏈，r為電阻，ts為采樣時間。

34、本發(fā)明一個較佳實施例中，d,q軸電流id、iq通過式11獲得：

35、

36、本發(fā)明提供的技術方案與現有技術相比具有如下優(yōu)勢：

37、本發(fā)明為抑制永磁同步電機中干擾和不確定性因素的影響，提出了一種基于擴張狀態(tài)觀測器的非奇異快速終端滑?？刂?。利用eso對轉速環(huán)、iq和id三個通道進行觀測并補償擾動，解決了轉速環(huán)產生波動較大的問題，同時對于電感或磁鏈等參數失配時產生的電流靜差，利用觀測到的電流對電機實際電流進行校正，以及利用觀測到的系統(tǒng)內外部擾動對電機的參考電壓進行校正。通過仿真證明了，提出的新型控制器能快速追蹤上給定曲線的同時還能有效地抑制轉速和轉矩所產生的波動。