申请/专利权人：兰州万里航空机电有限责任公司;兰州交通大学

申请日：2024-01-17

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN117879421A

主分类号：H02P21/05

分类号：H02P21/05;H02P21/00;H02P21/13;H02P21/22;H02P6/04;H02P6/10;H02P25/022

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.30#实质审查的生效;2024.04.12#公开

摘要：本发明公开了航空机电作动器永磁同步电机复合控制转矩脉动抑制方法，属于永磁同步电机领域，以解决经典PID控制无法有效抑制电机负载突变过程中的转矩脉动，传统自抗扰控制参数较多整定复杂，不方便实际操作。方法包括建立转矩脉动抑制方法的系统控制框图；自抗扰控制；模糊自抗扰控制；建立双余度复合控制转矩脉动抑制方法；复合双余度控制转矩脉动抑制方法的应用；本发明利用双余度模糊自抗扰复合控制策略，当永磁同步电机负载突变时，模糊自抗扰控制能够有效抑制电机的转矩和电流脉动，维持永磁同步电机的安全稳定运行，当永磁同步电机发生单相及多相短路或断路故障时，可迅速切断故障余度，使电机进入单余度控制状态保证电机的正常稳定运行。

主权项：1.航空机电作动器永磁同步电机复合控制转矩脉动抑制方法，其特征在于，该方法包括：S1、建立转矩脉动抑制方法的系统控制框图；该转矩脉动抑制方法的系统包括：双余度控制模块、自抗扰控制模块、模糊控制模块、坐标变换模块、SVPWM发波模块、反馈模块以及永磁同步电机；S2、自抗扰控制；自抗扰控制器主要由跟踪微分器TD、扩张状态观测器ESO和非线性状态误差反馈控制律NLSEF三部分组成；1跟踪微分器TD；跟踪微分器TD的作用是针对被控对象的输入特点对其提取所需信号；2扩张状态观测器ESO；扩张状态观测器ESO是自抗扰控制的核心部分具有两个功能，一方面可以对系统中重要的状态变量进行跟踪，便于实时了解系统状态；另一方面可以根据系统模型内外扰动的总体作用量，以反馈的形式对其加以及时补偿，有助于提高系统的鲁棒性；3非线性状态误差反馈控制律NLSEF；非线性状态误差反馈控制律NLSEF是一种非线性的组合方式，输入是跟踪微分器TD，输出量与扩张状态观测器ESO的总扰动补偿值结合得到控制器的控制量；S3、模糊自抗扰控制；模糊控制主要由模糊化、模糊推理和解模糊三部分组成；模糊化是将模糊控制的输入量转换为模糊量，然后由模糊推理规则对模糊量进行推理，最后通过解模糊将模糊推理得到的模糊量转换为实际需要的精确量；S4、建立双余度复合控制转矩脉动抑制方法；复合控制转矩脉动抑制方法为双余度控制模块将两个相同的模糊自抗扰控制永磁同步电机并联运行，其包含三种运行模式；模式一：正常运行；双余度模糊自抗扰控制正常运行时，控制系统的两个电气余度同时运行且各自分担一半负载功率；模式二：负载突变；当双余度模糊自抗扰控制系统负载发生突变时，模糊自抗扰控制相较于经典PID控制能够对负载突变导致的电机转矩以及电流脉动进行及时有效的抑制，维持电机的安全稳定运行；模式三：逆变器故障；当双余度模糊自抗扰控制系统某余度发生单相或多相故障时，系统控制断开故障余度，使电机进入单余度运行状态，且该工作余度的模糊自抗扰控制策略能够有效抑制余度切换过程导致的电机转矩和电流脉动；S4.1、建立双余度模糊自抗扰复合控制转矩脉动抑制方法流程；依据上述运行模式，建立复合控制转矩脉动抑制方法流程如图6所示，其具体描述为：1上位机发出转速信号，给定初始输入信号；2运行过程中先检测逆变器是否出现多相故障；3当飞机飞行过程中遇到短暂强气流或其他恶劣运行环境，永磁同步电机负载突变引起电机电流突变，若负载突变不强，电机运行状态在短暂波动后重新恢复稳定运行，此时保持双余度模糊自抗扰控制；4当飞机遭遇持续强突变气流，电机持续负载突变过大，逆变器过载运行导致某一余度的逆变器出现单相或多相故障，双余度控制系统立即切断故障余度，未发生故障的余度承担所有负载，系统进入单余度运行状态，且在运行过程中，模糊自抗扰控制对余度切换过程中的转矩和电流脉动进行抑制；该控制方法能够实现两个控制通道之间完全独立，硬件冗余使系统容错能力增强，且模糊自抗扰控制能够在单余度和双余度两种模式下均对电机的转矩和电流脉动进行有效抑制，大大提高系统的安全稳定性；S4.2、双余度复合控制转矩脉动抑制方法中的参数；在以上控制方法实现中，用到的各参数按以下方法获得：1在三相ABC坐标系下：双余度永磁同步电机的电压方程为： 式中，Ud为双余度控制的两套电机绕组的相电压矢量；Id为相对应的定子相电流矢量；Ed为反电动势矢量；Ud＝[Ud1Ud2]T＝[ua1ub1uc1ua2ub2uc2]T8Id＝[Id1Id2]T＝[ia1ib1ic1ia2ib2ic2]T9Ed＝[Ed1Ed2]T＝[ea1eb1ec1ea2eb2ec2]T10R＝r×E6×611 上式中：r为相电阻，E6×6为单位矩阵；双余度永磁同步电机的各相绕组的自感分别为la1、lb1、lc1、la2、lb2、lc2，且各相绕组之间的互感为m；双余度控制永磁同步电机的电磁转矩方程为： 上式中，ω为转子的角速度；双余度控制永磁同步电机的机械运动方程为： 上式中，B为摩擦系数，Tl为负载转矩，J为转动惯量；2在αβ坐标系下：双余度控制永磁同步电机的电压平衡方程为： 式中，Rα＝Rβ＝R，Lα＝Lβ＝1.5L； 双余度控制永磁同步电机的电磁转矩方程为： 3在dq坐标系下：双余度控制永磁同步电机电压方程为： 上式中，ud、uq、id、iq、Ld、Lq分别为d、q轴的电压，电流和电感，Rs为定子电阻，ω为转子的电角度； 在dq轴下双余度永磁同步电机的磁链方程为： 式中，分别为d、q轴的磁链； 双余度永磁同步电机的转矩方程为： 在dq轴下双余度永磁同步电机的运动方程为： 式中，Tl、J、∑Tem、p、ω分别为电机的负载转矩、转动惯量、转矩综合、极对数、角速度；S5、复合双余度控制转矩脉动抑制方法的应用；本实施例所设计的机电作动器永磁同步电机复合控制转矩脉动抑制方法采用转速、电流和位置三闭环控制：外环为位置环，采用S3中复合双余度控制算法，将指定位置信号与反馈得到的位置信号作差得到位置误差值，经过模糊自抗扰控制得到新的位置参考值；内环为速度环和电流环，由给定的速度与实测的速度作差得到速度误差值，经过运算得到新的电流参考值；然后送入电流环，引入S2中模糊自抗扰控制转矩脉动抑制方法，作为两个控制余度的电流参考值；电流参考值与电流反馈值相比较得到电流环输入误差，该速度误差经过模糊自抗扰控制运算输出得到新的SVPWM波形，并由逆变器驱动控制电机的转矩和转速。

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