永磁同步电机负载观测与前馈补偿技术详解

永磁同步电机负载观测与前馈补偿技术详解

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/ndjasdn/article/details/110927259

前言：通过对电机负载转矩观测及前馈补偿技术的研究，发现可以将电机的负载转矩进行观测，并将观测结果作为干扰进行前馈补偿，从而显著提高电机转速的平稳性。本文通过仿真验证了这一方法的有效性。

完成步骤：

1. 永磁同步电机的矢量控制控制模型
2. 转动惯量辨识
3. 负载力矩观测
4. 负载力矩前馈补偿仿真结果

Step1. 永磁同步电机的矢量控制控制模型

这是电机控制的基础，需要先建立矢量控制模型。

Step2. 转动惯量辨识

由于负载力矩的计算公式中包含转动惯量这一参数，因此需要先辨识出转动惯量。这里采用遗忘因子最小二乘法进行辨识。

输入转子速度和电磁力矩，输出转动惯量，即得辨识到的转动惯量J。

仿真结果：

辨识到的转动惯量为0.000621417

真实电机参数：

结论：辨识效果准确。在1s时出现的抖动是由于负载力矩为step突变函数，在突变时刻电机的转动惯量产生突变，但随后很快恢复到标准值。

Step3. 负载力矩观测

设置负载力矩观测器，输入电磁力矩、转子速度和上一步辨识到的转动惯量。仿真结果显示，系统能够在0.1s后迅速观测出负载转矩，且稳态误差很小。当负载力矩设为正弦函数时，仿真结果依然保持低误差，快速辨识出负载力矩，证明了负载力矩观测方法的正确性。

Step4. 负载力矩前馈补偿仿真结果

将观测到的负载力矩前馈补偿到电流环前。

4.1 负载为step函数时(在1s时，负载由5N突变为10N)负载补偿前后的电机转速(给定转速1800r/min)：

4.2 负载为正弦函数时负载补偿前后的电机转速(给定转速1500r/min)：

结论：蓝色线表示负载转矩补偿前，红色线表示负载转矩补偿后。结果显示，当负载力矩发生突变或正弦变化时，电机转速会受到较大影响。通过将观测到的负载力矩进行前馈补偿，可以大大减小负载力矩带来的电机转速变化。

Step5. 总结

在电机矢量控制系统中，电流环的跟踪速度远大于速度环的跟踪速度（一般为十倍以上）。因此，当负载转矩发生扰动时，转速环需要较长时间才能作出反应，导致电机转速受到影响。如果能将观测到的负载力矩对电机的电流环进行前馈补偿，使扰动直接作用于电流给定，可以加快系统对扰动的响应速度，使电机输出转矩迅速变化，快速平衡负载扰动，从而减小转速的影响。

此次仿真验证了该方法的有效性。