基于干扰观测器的PMSM伺服系统电流环反电动势影响补偿方法

技术领域

本发明属于电机领域，尤其涉及一种基于干扰观测器的PMSM伺服系统电流环反电动势影响补偿方法。

背景技术

PMSM永磁同步电机的转子为永磁体，通过PWM逆变器在定子绕组产生的旋转磁场驱动定子旋转；定子绕组在旋转磁场中切割磁力线产生的感应电动势(即反电动势)作用于定子绕组，对电流环产生耦合影响，其影响值以电机轴转速ω与反电动势系数K

随着伺服电机及运动控制技术的快速发展，表征伺服电机动态性能的关键指标“电气时间常数t

若忽略反电动势的影响，即图2中的反电动势系数K

电机轴转速ω的响应曲线如图4所示，

从图3～4看到，在电压阶跃到一个恒定值的情况下，电流响应也稳定到一个数值，相应地，电机输出扭矩也稳定到一个数值，即电机轴转速应线性增加。

若不忽略反电动势的影响，即K

电机轴转速的响应曲线如图6所示，

从图5～6看到，反电动势影响是一个负反馈，在电压阶跃到一个恒定值的情况下，电机轴转速经过振荡后稳定到与输入电压阶跃幅度相同的数值，电流值经过振荡后稳定到0。这表明反电动势负反馈对电流环的影响很大，产生了“闭环效应”，不能忽略。

不采取措施消除此“闭环效应”的影响，PMSM伺服系统电流环将无法正常工作。因此，需要寻求一种新的控制方法，解决这一问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种基于干扰观测器的PMSM伺服系统电流环反电动势影响补偿方法，消除反电动势对伺服系统电流环的负反馈“闭环效应”影响，使电机绕组电流实际值i

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于干扰观测器的PMSM伺服系统电流环反电动势影响补偿方法，包括以下步骤：

1、在PMSM伺服系统电流环中接入干扰观测器，该干扰观测器包括扰动观测模块R+Ls、比较单元和低通滤波器；

2、采用i

3、将u

4、通过低通滤波器对反电动势u

5、经过滤波后的扰动观测值

在上述技术方案中，适用于单惯量系统时，此时电机轴惯量J

在上述技术方案中，适用于包含阻尼b、刚度c的双惯量系统，双惯量为电机轴惯量J

在上述技术方案中，增加干扰观测器的电流环，可等效为无反电动势影响的电流环，由于采用低通滤波器对观测值

本发明的有益效果是：消除反电动势对伺服系统电流环的负反馈“闭环效应”影响，使电机绕组电流实际值i

附图说明

图1为采用PMSM永磁同步电机的伺服进给系统电流环；

图2为反电动势对电流环的影响；

图3为K

图4为K

图5为K

图6为K

图7为干扰观测器示意图；

图8为增加干扰观测器后的反电动势对电流环的影响回路；

图9为增加干扰观测器后的PMSM伺服进给系统电流环；

图10为采用基于干扰观测器的补偿方法后，在阶跃电压作用下的电流环电流仿真；

图11为采用基于干扰观测器的补偿方法后，在阶跃电压作用下的电机轴转速仿真。

图12为图9所示电流环等效的无反电动势影响的电流环模型。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

一种基于干扰观测器的PMSM伺服系统电流环反电动势影响补偿方法，包括以下步骤：

1、在PMSM伺服系统电流环中接入干扰观测器，如图7所示，该干扰观测器包括扰动观测模块R+Ls、比较单元和低通滤波器；

2、采用i

3、将u

4、通过低通滤波器对反电动势u

5、经过滤波后的扰动观测值

在上述技术方案中，适用于单惯量系统，此时电机轴惯量J

在上述技术方案中，适用于包含阻尼b、刚度c的双惯量系统，双惯量为电机轴惯量J

在上述技术方案中，增加干扰观测器的电流环如图8所示，可等效为图12所示的无反电动势影响的电流环，由于采用低通滤波器对观测值

电流环包括：PI控制器、PWM逆变器、限幅环节、伺服电机、电机轴及负载惯量系统、反电动势反馈单元、电流检测单元，PMSM伺服电机采用i

在图7、图8所示的本发明设计的干扰观测器中，伺服电机q轴电压u

以图5、图6的仿真实例为案例，采用本发明的基于干扰观测器的补偿方法，干扰观测器中的低通滤波器传递函数为

图10和图11的仿真结果表明，采用本发明的基于干扰观测器的电流环反电动势影响补偿方法，较好地消除了反电动势对电流环的影响，使伺服电机电流和转速特性恢复正常。

由于低通滤波器

式中t

得到K、T值后，R

L

通过分析计算，采用本发明的基于干扰观测器的电流环反电动势影响补偿方法后得到的图9所示的电流环，可等效为图12中虚线方框内的无反电动势影响的电流环。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。