本發(fā)明涉及電力傳動(dòng)控制設(shè)備，特別是一種機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)無速度傳感器控制方法。

背景技術(shù)：

1、雙凸極永磁記憶電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率密度高、調(diào)磁性能好、故障率低等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、新能源汽車和新能源發(fā)電。無速度傳感器控制因其控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)約束少、開關(guān)頻率優(yōu)化等優(yōu)點(diǎn)，在電力傳動(dòng)和電力電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)上，從機(jī)械傳感器獲得的轉(zhuǎn)子位置對(duì)于機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)的動(dòng)態(tài)控制非常重要，但轉(zhuǎn)子位置傳感器的安裝會(huì)降低電機(jī)系統(tǒng)的魯棒性和可靠性。由于這些缺點(diǎn)的存在，研究了無傳感器控制，以應(yīng)用于機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)。有許多先進(jìn)的控制方案，如模型預(yù)測(cè)電流控制、自抗擾控制和滑?？刂?，已被應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)相關(guān)電機(jī)的高性能無速度傳感器控制。比如自抗擾控制器對(duì)來自內(nèi)部和外部的干擾表現(xiàn)出很強(qiáng)的容忍度，但它在復(fù)雜的控制結(jié)構(gòu)方面存在過多依賴參數(shù)問題。與自抗擾控制器相比，將超螺旋自抗擾型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器的方法具有更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和更簡(jiǎn)單的控制框架結(jié)構(gòu)。

2、經(jīng)過文獻(xiàn)和專利檢索，一般用于相關(guān)機(jī)器人電機(jī)的無速度傳感器控制方法，比如《基于mras的pmsm無速度傳感控制》為精確實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的辨識(shí)，提出了一種基于變結(jié)構(gòu)參考模型自適應(yīng)的轉(zhuǎn)速識(shí)別方法,但該方法需要準(zhǔn)確算出控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型，才能夠精準(zhǔn)估算出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速?！峨p饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)無速度傳感控制策略的研究》需要對(duì)控制對(duì)象完成解耦控制的基礎(chǔ)上方可實(shí)現(xiàn)無速度傳感控制。還有發(fā)明專利《一種基于無速度傳感的永磁同步電機(jī)高性能控制方法》采用差分跟蹤濾波器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的濾波器，解決了噪聲的問題，從而提高電機(jī)調(diào)速性能，但存在控制結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的難點(diǎn)。

3、經(jīng)檢索國(guó)內(nèi)外相關(guān)專利和文獻(xiàn)，雖然有多種方法用于多種電機(jī)類型，但未發(fā)現(xiàn)用于機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)的無速度傳感器控制方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)無速度傳感器控制方法，可以有效提高雙凸極永磁記憶電機(jī)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。

2、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

3、根據(jù)本發(fā)明提出的一種機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)無速度傳感器控制方法，包括：

4、提取機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)的特征函數(shù)，根據(jù)機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)的特征函數(shù)并基于矢量控制方法，設(shè)計(jì)出機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈環(huán)；

5、結(jié)合機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈環(huán)，設(shè)計(jì)出自抗擾型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器的轉(zhuǎn)子磁鏈和轉(zhuǎn)子追蹤磁鏈變化量，根據(jù)自抗擾型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器的轉(zhuǎn)子磁鏈和轉(zhuǎn)子追蹤磁鏈變化量、引入切換函數(shù)，得出自抗擾型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器的電壓模型和電流模型；

6、結(jié)合自抗擾型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器的電壓模型和電流模型構(gòu)造頻率響應(yīng)函數(shù)，結(jié)合頻率響應(yīng)函數(shù)設(shè)置出超螺旋自抗擾型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器的控制律函數(shù)，然后依據(jù)頻率響應(yīng)函數(shù)和控制律函數(shù)搭建出基于超螺旋自抗擾型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器的參考模型，根據(jù)該參考模型完成機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)的無速度傳感器控制。

7、作為本發(fā)明所述的一種機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)無速度傳感器控制方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，

8、機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)的特征函數(shù)如式(1)所示：

9、

10、其中，ωe為機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)電壓電流模型的轉(zhuǎn)折頻率，ki為積分參數(shù)，kp為比例參數(shù)，為機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)的特征函數(shù)。

11、作為本發(fā)明所述的一種機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)無速度傳感器控制方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，根據(jù)式(1)并基于矢量控制方法，將機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁鏈環(huán)設(shè)計(jì)為：

12、

13、其中，tr為負(fù)載擾動(dòng)變化，δψr為磁鏈變化量，δlm表示電感變化量，δj為實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和初始轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的變化量，is為定子電流，ωr為轉(zhuǎn)子時(shí)間頻率，np為極對(duì)數(shù)，lr為轉(zhuǎn)子電感，t為時(shí)間，isd為定子電流，ψr(t)為t時(shí)刻轉(zhuǎn)子磁鏈實(shí)際值。

14、作為本發(fā)明所述的一種機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)無速度傳感器控制方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，

15、結(jié)合式(2)的轉(zhuǎn)子磁鏈環(huán)，將機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)自抗擾型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器的轉(zhuǎn)子磁鏈和轉(zhuǎn)子追蹤磁鏈變化量設(shè)計(jì)為，

16、

17、其中，ψr(t+1)為t+1時(shí)刻轉(zhuǎn)子磁鏈實(shí)際值，為t時(shí)刻轉(zhuǎn)子磁鏈參考值，為t時(shí)刻轉(zhuǎn)子追蹤磁鏈變化量實(shí)際值，為t+1時(shí)刻轉(zhuǎn)子追蹤磁鏈變化量實(shí)際值；為t時(shí)刻轉(zhuǎn)子跟蹤磁鏈變化量參考值，ts為磁鏈環(huán)控制量的系數(shù)。

18、作為本發(fā)明所述的一種機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)無速度傳感器控制方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，

19、引入切換函數(shù)ψr，

20、

21、其中，fv、fc分別為自抗擾型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器的電壓模型和電流模型。

22、作為本發(fā)明所述的一種機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)無速度傳感器控制方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，

23、

24、其中，rr是轉(zhuǎn)子電阻，是轉(zhuǎn)子電阻估計(jì)值，lm是電機(jī)互感，isa和iβa分別是靜止坐標(biāo)系α、β下定子電流分量，ωs為定子時(shí)間頻率，為電機(jī)互感估計(jì)值，為轉(zhuǎn)子電感估計(jì)值，ls為定子電感，us為定子電壓，是定子電阻估計(jì)值。

25、作為本發(fā)明所述的一種機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)無速度傳感器控制方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，

26、構(gòu)造頻率響應(yīng)函數(shù)θvc如下：

27、

28、其中，ωc為轉(zhuǎn)子頻率。

29、作為本發(fā)明所述的一種機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)無速度傳感器控制方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，

30、控制律函數(shù)具體如下：

31、γc＝sp+χ∫tanh(εθvc)dt+‖sq‖1/2tanh(θvc)???(8)

32、其中，γc為控制律函數(shù)，sp、sq分別為機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)的有功功率和無功功率，tanh(·)表示雙曲正切函數(shù)，χ和ε為正值常數(shù)。

33、作為本發(fā)明所述的一種機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)無速度傳感器控制方法進(jìn)一步優(yōu)化方案，

34、基于超螺旋自抗擾型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器的機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)參考模型表示為，

35、

36、其中，x、u、y分別表示機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)向量、輸入向量和輸出向量，a、b、c、d分別表示機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)系統(tǒng)的系統(tǒng)矩陣、輸入矩陣、輸出矩陣和擾動(dòng)矩陣，為狀態(tài)向量的導(dǎo)數(shù)。

37、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器，以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并能夠在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)前述的機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)無速度傳感器控制方法的步驟。

38、本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

39、(1)針對(duì)機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)無速度傳感器控制方法，超螺旋自抗擾型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器方法相比自抗擾型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器，具有較為簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型、較好的全局和局部尋優(yōu)平衡能力、更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和更簡(jiǎn)單的控制框架結(jié)構(gòu)。可以明顯提高機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)控制策略的有效性。

40、(2)針對(duì)機(jī)器人雙凸極永磁記憶電機(jī)無速度傳感器控制方法，超螺旋自抗擾型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器方法相比超螺旋型轉(zhuǎn)子磁鏈觀測(cè)器，它的形式非常適合解決以切換函數(shù)最佳化為導(dǎo)向的各種速度預(yù)測(cè)問題，有更好的抗擾性和魯棒性，可以有效提高雙凸極永磁記憶電機(jī)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。