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基于永磁同步电机模型辨识与补偿的自抗扰控制器_刘志刚

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基于滑模ESO转速辨识的永磁同步电机滑模自抗扰控制

基于滑模ESO转速辨识的永磁同步电机滑模自抗扰控制

基于滑模ESO转速辨识的永磁同步电机滑模自抗扰控制侯利民;任一夫【摘要】针对传统的自抗扰控制(ADRC)方法参数整定和响应速度问题,提出了一种新型的滑模自抗扰控制结构,构成了基于滑模扩张状态观测器(ESO)转速辨识的永磁同步电机(PMSM)滑模自抗扰调速系统.利用非线性干扰观测器(NDOB)取代ESO 的综合扰动估计项,并对q轴电流以及d轴、q轴电压进行直接补偿,同时将滑模控制引入到非线性状态误差反馈控制律中,设计了滑模自抗扰电流控制器和速度控制器.在ESO转速辨识中引入滑模控制,得到电机的转速估计值和转子位置,构成基于滑模ESO转速辨识的永磁同步电机调速系统,利用李雅普诺夫理论证明其稳定性.仿真结果表明了该方法的有效性.%Aiming at the problem of parameter setting and response speed of the traditional Active Distrubance Rejection Control (ADRC) method,a kind of novel sliding mode auto-disturbance rejection speed controller was designed,and a sliding mode adaptive speed control system of Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) without speed sensor was established.The Nonlinear Disturbance OBserver (NDOB) was used to replace the Extended State Observer (ESO) integrated disturbance estimation,while the q axis current and the d axis and the q axis voltage were compensated directly.The sliding mode control was introduced in the nonlinear state error feedback control,and the sliding mode ADRC current controller and speed controller were designed.At the same time,in the ESO speed identification,the sliding mode control was introduced to obtain the rotor speed estimation and rotor position,so a system of PMSM without speed sensor was established,and its stability was proved by usingLyapunov theory.The simulation results show the effectiveness of the method.【期刊名称】《计算机应用》【年(卷),期】2017(037)0z2【总页数】5页(P274-278)【关键词】永磁同步电机;滑模自抗扰控制;非线性干扰观测器;滑模扩张状态观测器转速辨识;参数整定;响应速度【作者】侯利民;任一夫【作者单位】辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,辽宁葫芦岛125105;辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,辽宁葫芦岛125105【正文语种】中文【中图分类】TM351;TP18永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)以其自身性能优势，已经在工业自动化领域取得广泛应用。

基于改进自抗扰和遗传算法的永磁同步电机速度控制

基于改进自抗扰和遗传算法的永磁同步电机速度控制

基于改进自抗扰和遗传算法的永磁同步电机速度控制永磁同步电机是一种应用非常广泛的电机类型，其具有结构简单、功率密度高、效率高、响应速度快等优点，因此在工业生产中得到了广泛的应用。

而在永磁同步电机的控制中，速度控制是其中一个非常重要的环节，对于电机运行的稳定性和性能提升起着至关重要的作用。

传统的永磁同步电机速度控制方法主要是基于PID控制器进行设计，然而这种方法容易受到外部扰动的影响，难以获得良好的控制效果。

针对这一问题，近年来学术界和工业界逐渐开始关注自适应控制方法，并将其应用于永磁同步电机的速度控制中。

自适应控制方法通过不断地调整控制参数，来适应外部环境变化和系统内部的不确定性，从而获得更加稳定和高效的控制效果。

自抗扰控制是一种新型的自适应控制方法，在永磁同步电机速度控制中得到了广泛的应用。

自抗扰控制结合了非线性系统控制理论和自适应控制理论，通过对环境干扰和系统不确定性的估计和抑制，使得系统对外部扰动具有很强的抵抗能力。

遗传算法则是一种优化算法，通过对控制器的结构和参数进行不断地进化和优化，来获得最佳的控制效果。

基于改进自抗扰和遗传算法的永磁同步电机速度控制方法，是将自抗扰控制和遗传算法相结合，并对其进行一定的改进，以适应永磁同步电机速度控制的需要。

其主要优势在于，在保持自抗扰控制稳定性和收敛性的基础上，通过遗传算法不断地优化控制器的参数，从而能够获得更加稳定和高效的永磁同步电机速度控制效果。

1. 建立永磁同步电机的数学模型：首先需要通过对永磁同步电机的物理结构和工作原理进行分析，建立其数学模型。

永磁同步电机的数学模型一般包括动态方程和输出方程，动态方程描述了电机内部各个部件之间的关系，输出方程描述了电机的输出功率与输入控制信号之间的关系。

2. 设计改进的自抗扰控制器：在建立好永磁同步电机的数学模型之后，需要设计改进的自抗扰控制器。

改进的自抗扰控制器包括干扰观测器和控制律两部分。

干扰观测器用于估计和抑制外部干扰和系统不确定性，控制律用于根据干扰观测器的输出信号来调整控制器的输出信号。

基于自抗扰控制器的交流直线永磁同步伺服电机速度控制系统_刘德君

基于自抗扰控制器的交流直线永磁同步伺服电机速度控制系统_刘德君

基于自抗扰控制器的交流直线永磁同步伺服电机速度控制系统*刘德君1,2　郭庆鼎1　翁秀华11.沈阳工业大学　2.北华大学 摘要:根据三相交流直线永磁同步伺服电机的非线性动态模型,采用自抗扰控制器的方法,对系统的内部扰动和外部扰动进行观测,并加以补偿。

仿真结果表明,采用自抗扰控制器具有较好的动态性能以及对负载扰动、电动机参数变化都具有较好的鲁棒性。

关键词:交流直线永磁同步伺服电机　自抗扰控制器　扩张状态观测器Speed Control System of AC Linear Permanent Magnet SynchronousServo Motor Based on Auto -disturbance Rejection ControllerLiu Dejun Guo Qing ding Weng XiuhuaAbstract :Accordin g to the nonlinear dynamic math ematical model of the th ree -phase AC linear perman ent magnet synchronous s ervo motor(AC-LPM SM ),the inn er disturbance and outside dis tu rban ce can be ob served w ith the auto-dis tu rban ce rejection controller(ADRC),and us e it to offs et the sys tem.T he res ults of s imulation tes t indicate that the ADRC h as good dynamic perfor mance and th e strong robus tnes s to both load disturbance an d the p arametric variation of m otor. Keywords :AC linear perm anent magnet s yn chronou s servo motor (AC -LPM S M )　auto -dis tu rban ce r ejec-tion con tr oller(ADRC)　extended s tate ober cer (ESO)　*　国家自然科学基金资助项目(50075057)1　引言在高性能的位置、速度系统,目前主要依据精确的数学模型加上其它一些控制方法,它们在实际应用中有较好的应用。

【国家自然科学基金】_自抗扰控制(adrc)_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802

【国家自然科学基金】_自抗扰控制(adrc)_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802


科研热词 推荐指数 自抗扰控制 13 扩张状态观测器 5 解耦控制 3 自抗扰控制器 3 解耦 2 直接转矩控制 2 最大风能捕获 2 变速恒频 2 鲁棒性 1 飞行控制系统 1 风力机 1 风力发电 1 非线性函数 1 非线性不确定运动的控制 1 非线性 1 重复控制 1 速度 1 逆系统 1 适应性 1 过渡态控制 1 蒸汽发生器 1 航空发动机 1 自适应观测器 1 脉宽调制 1 级联型多电平逆变器 1 等价输入干扰估计器 1 空间电压矢量 1 神经网络 1 磁链转速辨识 1 磁轴承 1 矢量控制 1 直接反馈线性化 1 电液舵机伺服系统 1 电力系统 1 永磁同步电机 1 永磁同步电动机 1 水位 1 机动目标的制导律 1 无轴承异步电动机 1 无轴承 1 无刷双馈电机 1 扰动 1 悬浮系统 1 悬浮位置 1 径向悬浮力 1 张力 1 异步电机 1 广义结构 1 平面磁悬浮轴承 1 定子磁链 1 姿态控制 1 多电机 1
53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64
动态电压恢复器 1 分数阶pid控制器 1 人工免疫系统(ais) 1 串级pid控制 1 wind energy generation 1 unbalanced gird voltage 1 mid-course guidance law 1 dq0谐波检测法 1 doublefed induction generator 1 automatic disturbance rejection 1 controller（ adrc air-based boost-phase missile 1 interception active disturbance rejection 55 56 57 58 59 60 61
多变量系统 在线学习 同步控制 变桨距 加力状态 制导与控制一体化设计 优化算法 交流伺服系统 不确定性单臂机械手
基于自抗扰控制的永磁同步电机调速系统研究

基于自抗扰控制的永磁同步电机调速系统研究


真分析调速系统的性能，结果表明所设计的调速系统具有抗扰能力强，控制精度高等特点。
关键词：永磁同步电机 调速系统 自抗扰控制 电流控制
中图分类号：TM351
文献标志码：A
文章编号：1674-098X(2020eed Regulating System of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Active Disturbance Rejection
机温 度 较 高时变化 较大，交 叉 耦 合 特 性 严重，非线 性 的本质使得PID的应用稍显困难。基于现代控制理论， 人 们 对 永 磁 同 步 电 机 的 控 制 引入了各 种 现 代 控 制 方 法，如神经网络控制、模糊控制、自适应控制等[1-3]，特 定条件下现代控制方法的控制效果表现很好，但是现 代 控制方 法比 较明显的特点 是算 法复 杂，计 算量 大， 限制了其在实际中的应用。
China） Abstract: The Active Disturbance Rejection Controller (ADRC) was designed respectively for the current loop and the speed loop of peed regulating system of permanent magnet synchronous motor based on the mathematical model of PMSM. Firstly the model of the PMSM was analyzed, and then the state equation for current control and speed control was established respectively to fulf ill the design of f irst order ADRC according to principle of ADRC. Finally the simulation model for the speed regulating system was built in Simulink, and the simulation analysis for the system performance was carried out, The results indicate that the designed double-colsed speed regulating system has such characteristics as better disturbance rejection behavior and higher control precision. Key Words: Permanent magnet synchronous motor; Speed regulating system; ADRC; Current control
基于改进自抗扰和遗传算法的永磁同步电机速度控制

基于改进自抗扰和遗传算法的永磁同步电机速度控制

基于改进自抗扰和遗传算法的永磁同步电机速度控制
永磁同步电机广泛用于工业领域，具有高效率、高功率密度和快速响应的优点。

为了实现永磁同步电机的高性能控制，本文提出了一种基于改进自抗扰控制（ISMC）和遗传算法（GA）的永磁同步电机速度控制方法。

介绍了永磁同步电机的结构和数学模型。

永磁同步电机的数学模型可以表示为电机的动态方程和进一步的状态空间方程。

将永磁同步电机的数学模型转化为增量模型，简化了控制器的设计过程。

然后，详细介绍了改进自抗扰控制算法。

ISMC算法能够有效抑制外部扰动和不确定性对系统的影响。

根据永磁同步电机的数学模型和增量模型，设计了速度环、电流环和电流控制器。

速度环和电流环分别用ISMC算法进行控制，使得系统能够具有良好的动态性能和稳定性。

接下来，提出了遗传算法优化控制器参数的方法。

遗传算法是一种全局优化算法，能够自适应地搜索最优参数。

根据永磁同步电机的数学模型和控制器的结构，将控制器参数作为遗传算法的个体，通过遗传算法迭代地搜索最优参数。

最终得到了控制器的最优参数。

通过仿真实验验证了所提出的永磁同步电机速度控制方法的有效性。

仿真结果表明，所设计的控制器能够使永磁同步电机快速稳定地达到预期速度，同时对外部扰动和不确定性具有较强的鲁棒性。

本文提出了一种基于改进自抗扰控制和遗传算法的永磁同步电机速度控制方法。

该方法能够有效抑制外部扰动和不确定性的影响，提高了永磁同步电机的控制性能和稳定性。

未来研究可以进一步优化算法，提高系统的鲁棒性和控制精度。

一种用于降低永磁同步电机噪音的电磁仿真方法及电机[发明专利]

一种用于降低永磁同步电机噪音的电磁仿真方法及电机[发明专利]

专利名称：一种用于降低永磁同步电机噪音的电磁仿真方法及电机
专利类型：发明专利
发明人：周刚
申请号：CN202111608938.8
申请日：20211227
公开号：CN114123583A
公开日：
20220301
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种用于降低永磁同步电机噪音的电磁仿真方法，包括以下步骤：S10在永磁同步电机模型中输入参数设置；S20计算运动方程；S30第一次运行电磁仿真得到定子磁链、转子磁链、定子电流与转子电流的仿真结果；S40判断永磁同步电机是否发生动态偏心；S50将S20中的仿真结果进行dq转换；S60依据定转子磁链方程，计算电机电感值；S70将结果输出到指定文件，同时监测永磁同步电机的噪音曲线；S80将计算所得参数输入仿真模型，再次运行电磁仿真。

与现有的技术相比，本发明具有如下优点：通过弧状凸部和气隙辅助凹槽可有效消除奇次谐波的影响，减少电磁噪音的产生，降低电机损耗，提高电机效率。

申请人：珠海汉达电机制造有限公司
地址：519040 广东省珠海市金湾区三灶镇琴石路17号二期厂房第三层
国籍：CN
代理机构：深圳叁众知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：宋鹏飞
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基于滑模自抗扰的永磁同步电机控制系统设计

基于滑模自抗扰的永磁同步电机控制系统设计

电气传动 2019 年 第 49 卷 019 Vol.49 No.8
基于滑模自抗扰的永磁同步电机 控制系统设计
李益敏，陈愚，李云龙 （天津中德应用技术大学 智能制造学院，天津 300350）
摘要：针对具有不确定扰动及参数变化永磁同步电动机伺服系统控制困难的问题，提出了基于滑模的自 抗扰控制器。通过对永磁同步电机伺服系统进行数学模型分析，将系统参数变化引起的内部不确定性及外部 随机扰动视为“总扰动”，设计线性扩张状态观测器观测并补偿，使系统近似为积分器串联型，滑模状态反馈使 闭环伺服系统实现快速控制，并通过李雅普诺夫方法证明其一致稳定性。和传统线性自抗扰控制对比的仿真 和试验数据均表明，提出的基于滑模自抗扰控制策略提高了永磁同步电动机的抗扰性和鲁棒性。
（Sciences-intelligent Manufacturing College，Tianjin Sino-German University of Applied， Tianjin 300350，China）
Abstract: Sliding mode active disturbance rejection controller（ADRC）was presented and designed for controlling the permanent magnet synchronous motor（PMSM）servo system with parameter variation uncertain disturbance. Based on the mathematical model analysis of PMSM servo system，the internal uncertainty and external random disturbances caused by system parameter change were regarded as“total disturbance”. The linear extended state observer was designed to observe and compensate the system，which was approximated to integrator series type. The closed- loop servo system was fast controlled by sliding mode state feedback，and its stability was proved by Lyapunov method. Compared with LADRC，the simulation shows that the capability of disturbance rejection and robustness of PMSM are improved by the presented siding mode ADRC strategy.
永磁同步电机的二阶自抗扰控制算法_刘志刚

永磁同步电机的二阶自抗扰控制算法_刘志刚

Proceedings of the 26th Chinese Control Conference July 26-31, 2007, Zhangjiajie, Hunan, China
永磁同步电机的二阶自抗扰控制算法*
刘志刚，李世华
东南大学自动化学院, 南京 210096 E-mail:lsh@ 摘 要： 用自抗扰控制(ADRC)技术设计永磁同步电机(PMSM)调速系统的控制器时,通常根据速度输出方程将速度环 控制器设计成一阶自抗扰控制器.这种设计利用了速度调节器的输出(即电流 PI 调节器的给定)来近似代替实际的 q 轴 定子电流.一阶自抗扰控制器无法对这种近似进行补偿,使得闭环系统难以获得更为优异的性能.本文针对这个问题, 通 过对速度输出方程的分析, 提出一种新的二阶自抗扰调速控制解决方案.仿真结果表明,该方案使得闭环系统具有更强 的抗扰动性能,而且具有更平缓的速度响应和更小的超调. 关键词：永磁同步电机,自抗扰控制器,速度控制,非线性控制,二阶
uq
* = 0+ id iq
w
ua
ub
q
ud
ia
ib
ia
ib
* 来代替 iq ，实际上是做了 iq = iq 的近似。当速度环中
id
图 1 基于矢量控制的永磁同步电机系统原理框图
2.1 永磁同步电机调速系统的一阶自抗扰控制器设 计 (One-order ADRC Designing for PMSM Speed-regulation System) 本调速系统中，电流环仍采用 PI 控制器，速度 环采用自抗扰控制器，由式(1)中第 3 式可以得到 ny B T (2) & = p f iq - w - L w J J J n yf B T 令 a(t ) = - w - L , b = p J J J & = a(t ) + b * iq 则w 则 永磁同步电机调速系统 可近似化为一阶 积 分 型线性系统。因此根据自抗扰控制原理，可以设计一 个一阶自抗扰控制器来解决这一问题， 从而实现永磁 [18] 同步电机的速度控制 。 一阶自抗扰控制器的结构如 图 2 所示，此处没有用到跟踪微分器。 69
永磁同步电机调速系统二阶滑模控制器的设计

永磁同步电机调速系统二阶滑模控制器的设计

微电机MICROMOTORS第54卷第2期2021年 2月Vol. 54. No. 2Feb.2021永磁同步电机调速系统二阶滑模控制器的设计黄鹤松1,王 芮1,宋承林2,张鸿波2（1.山东科技大学电气与自动化工程学院，山266590；2.青岛中加特电气股份有限公司，山东青岛266000）摘 要：在表贴式永磁同步电机调速系统中，针对经典PI 控制中超调大、鲁棒性差、易受负载扰动等问题，设计一种基于 滑模 的 器，采用 型滑模面，通过 数 了其在有限时间 ， 应用于节，对参数变化 感的优点；并针对 扰动问题， 一种 矩 器，矩值补偿到电流中，减了 扰动对系统的 $仿真和实验结 ， 永磁 电机的调速性能，响应 快 超调，系统鲁棒性强。

关键词：永磁 电机； 滑模 ； 矩观测器；负载扰动中图分类号：TM351； TM341: TP273 文献标志码：A文章编号：1001-6848（2021）02-0055-06Design of Second Order Sliting Mode Controller Based on PMSMSpeeS Regulation SystemHUANG Hesong 1，WANG Rui 1，SONG Chenlin 2，ZHANG Hongbo 2(1. Collegc cf Electrical Engineering anC AutoEatioo ， ShanCong University qf Science anC Tchnology ，QingCao ShanCong 266590， China ； 2. QingCao CCS Electric Co.，LtO.， QingCaoShanCong 266000， Chyna )Abstract : In the surface-mounted permanent maanel synchronous motor speed control system ，the problems of targe overshoot ，poor vbustnrs and susceptibgity to toad disturbance in tassic PI control are addressed. A controller based on the second-order sliding mode algorithm was designed. The inUgral sliding mode sur ­face was adopted. The convergence in finite tima was proved by Lyapunov functUn , and it was appied to the speed control. It is insensitivv to the change of intemal parameters aiming at the problem of load disturb ­ance ，a load torque observer was designed to compensate the observed vvlua of the load torque into the cur ­rent to reduce the inauenco of the load disturbance on the system. Simulation and expe/mental results showthat the control method improvvs the speed re-ulation system of the permanent maanel synchronous motor sig-nificontly ，con respond quickly to a givvn speed without ovvrshoot ，and it has strong vbustnrs.Key words : permanent maanel synchronous motor ； second-order sliding mode ； load torque obsrver ； load disturbance0引言贴式永磁电机因其体积小、效率高、功率密度大、等点，在、扌造、备等领域 广泛应用。

基于前馈补偿的永磁同步电机自抗扰控制

基于前馈补偿的永磁同步电机自抗扰控制

基于前馈补偿的永磁同步电机自抗扰控制
迟世伟;刘慧博
【期刊名称】《电机与控制应用》
【年(卷),期】2023(50)1
【摘要】针对负载转矩扰动对永磁同步电机(PMSM)控制造成的影响,提出了一种
基于前馈补偿的PMSM自抗扰控制(ADRC)策略。

通过线性自抗扰控制(LADRC)
改进传统PID控制器快速性和超调之间的矛盾,并且通过引入负载转矩前馈补偿的
方法,将负载转矩观测器观测到的转矩按比例反馈到电流环中,在负载转矩发生突变
时进行补偿。

仿真结果表明,增加了前馈补偿的LADRC系统对PMSM的控制效果明显优化,有效地抑制了因负载转矩突变引起的转速波动,验证了所提策略的有效性。

【总页数】5页(P9-13)
【作者】迟世伟;刘慧博
【作者单位】内蒙古科技大学信息工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM341;TM351
【相关文献】
1.基于模型补偿的永磁同步电机自抗扰控制
2.基于扰动补偿的永磁同步电机自抗扰内模控制
3.基于转矩补偿的永磁同步电机自抗扰控制研究
4.基于前馈补偿的永磁
同步电机自抗扰控制5.基于前馈补偿的永磁同步电机自抗扰控制
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基于改进自抗扰和遗传算法的永磁同步电机速度控制

基于改进自抗扰和遗传算法的永磁同步电机速度控制
永磁同步电机具有优异的性能特点，如高效、可靠、响应快等，在电力系统、工业生产、交通运输等领域中广泛应用，因此控制方法的研究十分重要。

本文提出了一种基于改
进自抗扰控制（ISMC）和遗传算法（GA）的永磁同步电机速度控制策略。

首先，该方法基于ISMC控制策略来跟踪外部控制要求。

ISMC是一种高超越能力和抗
干扰能力的控制方法，可以有效解决系统中出现的各种不确定和干扰，同时能够显著提高
系统响应速度和控制精度。

相比于传统的PID控制方法，ISMC控制方法更为高级。

其次，为了进一步提高控制效果，本文将GA应用于ISMC中，优化ISMC控制器的参数。

GA是一种基于进化思想的优化算法，具有快速收敛、全局搜索和优化性能好等优点。

将GA 应用于ISMC中，可以得到更为优秀的控制器参数，并且可以减少试验次数和时间成本。

本文通过Matlab/Simulink仿真验证了该控制策略的性能。

实验结果表明，该方法可
以有效地跟踪给定速度要求，并且在不同负载和仿真条件下都能够获得很好的控制效果。

与传统的PID控制方法相比，本方法具有更快的响应速度和更好的调节性能。

综上所述，该方法可以提高永磁同步电机的控制精度和响应速度，并且可以减少系统
中出现的不确定因素和干扰。

因此，该控制策略具有很好的应用前景，可以在工业生产和
交通运输领域中得到广泛应用。

一种永磁同步电机参数识别的方法[发明专利]

专利名称：一种永磁同步电机参数识别的方法专利类型：发明专利
发明人：张志良,魏海峰,张懿,刘维亭,王浩陈申请号：CN202011325216.7
申请日：20201123
公开号：CN112595974A
公开日：
20210402
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种永磁同步电机参数识别方法，涉及电机控制领域，包括：步骤1：测试电机的稳定运行区间及带载情况；步骤2：通过离线方法测量定子电阻；步骤3：识别转子磁链，进行初始位置角校正；步骤4：识别直交轴电感。

本发明针对表贴式永磁同步电机定子电阻在常温下相电阻阻值不变的局限性，相比于传统的识别方法，理论较为简洁易懂，实现过程不复杂，识别的转子位置更为准确，可以在线更新和优化调整，对实际工程的运用具有较大的意义。

申请人：江苏科技大学
地址：212003 江苏省镇江市梦溪路2号
国籍：CN
代理机构：南京正联知识产权代理有限公司
代理人：杭行
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基于滑模自抗扰的永磁同步电机伺服控制策略探究

第34卷第4期2020年12月开封大学学报JOURNAL OF KAIFENG UNIVERSITYVol.34No.4Dec.2020基于滑模自抗扰的永磁同步电机伺服控制策略探究吴栋(开封市脫贫攻坚信息中心，河南开封475000)摘要:针对具有外部负载、转动惯量和电枢电阻变化等外部扰动与内部不确定性的永磁同步电动机，设计了一个基于滑模自抗扰控制器的伺服控制系统.通过对永磁同步电机伺服系统进行数学模型构建,将系统参数变化引起内部不确定性及外部随机扰动视为“总扰动”，设计过渡过程与线性扩张状态观测器进行观测并补偿，使得系统响应快速无超调地跟踪输入信号，滑模状态反馈使闭环伺服系统实现快速稳定控制，并通过李雅普诺夫方法，证明其一致稳定性.仿真和试验均表明，与传统PID和线性自抗扰控制相比，这种基于滑模自抗扰的控制策略更能抑制负载变化和转动惯量变化引起的扰动.关键词:永磁同步电机;滑模控制；自抗扰控制；不确定性；外部扰动中图分类号:TP272文献标识码0引言目前,永磁同步电机(PMSM)是工业应用中最常见的伺服系统执行机构，它具有体积小、控制方便、工作效率高、电磁转矩大等优点.永磁同步电动机具有非线性和强耦合等特征.高精度的伺服系统要求伺服电机在外部出现大的扰动时保证仍具有良好的响应性能,因此在永磁同步电机位置伺服控制方面必须采取更高等级的控制策略，必须同时克服永磁同步电机参数变量变化引起的内部不确定性及外部负载变化引起扰动的影响.如作为经典控制策略的传统PID控制［1］，其具有不依赖数学模型、参数易于调节等优点，但是它无法动态抑制内部不确定性和外部随机扰动.现代非线性控制策略,如自适应控制比模糊控制、变结构控制⑷冈等，虽然对电机参数和负载变化具有很强的鲁棒性，但是它们都需要系统的精确模型和扰动信息,不但运算复杂,而且参数较多，调节困难，不利于工程应用实践.针对这些问题特别是在不确定系统中的问题,韩京清提出了非线性自抗扰控制器［6］.高志强在此基础上进行简化，提出了线性自抗扰控制器及其实现的参数化.相对于非线性自抗扰控制,这是一种简化算法,它继承了自抗扰控制的优点［7］.线性扩张状态A文章编号:1008-343X(2020)04-87-04观测器(LESO)是线性自抗扰控制器的重要组成部分,它不仅具有观测状态的能力，而且将系统模型的不确定性和外部扰动作为一个扩张状态进行实时估计.滑模控制(SMC)是不确定系统有效的控制方法,具有很强的鲁棒性.它的主要优点是:第一,能够快速响应和具有优良的动态性能;第二,对模型参数的不确定性和外部干扰具有很强的鲁棒性.滑模控制算法呵和自抗扰控制［6］［7暂在永磁同步电机系统控制研究中均取得了良好的效果.但是，自抗扰控制对参数变化的鲁棒性不强［8］.本文研究的目的是提高永磁同步电机系统抑制不确定性和外部干扰的能力和鲁棒性.为此,笔者结合自抗扰和滑模控制的优势,提出一种新的滑模线性自抗扰控制方案.首先，分析永磁同步电机的动力学模型.基于传统线性自抗扰控制和滑模控制，设计出滑模自抗扰控制器.其次，通过证明和分析，得出闭环系统的跟踪误差是一致收敛有界的.最后，滑模自抗扰控制与传统线性自抗扰控制仿真的对比，表明了文章提出的控制策略在永磁同步电机系统控制上的有效性.1系统建模本文研究的系统是定子为星型(Y)接法三相交流电供电、转子为平面的永磁式同步电动机.作如下收稿日期：2020-10-22作者简介:吴栋(1990—)，男，河南省民权县人，助理工程师,硕士，主要从事滑模控制的永磁电动机研究。

基于改进自适应遗传算法的永磁同步电机参数辨识方法[发明专利]

专利名称：基于改进自适应遗传算法的永磁同步电机参数辨识方法
专利类型：发明专利
发明人：冯国栋,尹灼轩
申请号：CN202111214049.3
申请日：20211019
公开号：CN113992090A
公开日：
20220128
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于改进自适应遗传算法的永磁同步电机参数辨识方法，该方法包括：考虑逆变器的饱和失真电压以及磁饱和非线性变化，构建PMSM数学模型；基于转速差对PMSM数学模型进行解耦，得到电压项和磁链项方程；获取工况数据并基于电压项和磁链项方程辨识得到Ud1、Uq1、λd1和λq1；基于自适应遗传算法和Ud1、Uq1、λd1、λq1分别估计绕组电阻R、失真电压系数Vdead、Lq1(id1，iq1)、Ld1(id1，iq1)和λf。

通过使用本发明，能够准确对永磁同步电机的参数进行辨识。

本发明作为一种于改进自适应遗传算法的永磁同步电机参数辨识方法，可广泛应用于参数辨识领域。

申请人：中山大学
地址：510275 广东省广州市海珠区新港西路135号
国籍：CN
代理机构：深圳市创富知识产权代理有限公司
代理人：高冰
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永磁同步电机伺服系统控制中的自抗扰控制策略

永磁同步电机伺服系统控制中的自抗扰控制策略近年来，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM）在伺服系统领域得到了广泛的应用，其高效、高性能的特点使其成为工业控制领域的热门选择。

在PMSM伺服系统中，控制策略的选择至关重要，而自抗扰控制策略（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）正是一种被广泛应用和研究的控制策略之一。

本文将就永磁同步电机伺服系统控制中的自抗扰控制策略进行详细的探讨，希望能为您带来新的见解和启发。

让我们简要回顾一下永磁同步电机（PMSM）伺服系统的基本原理。

PMSM是一种采用永磁体作为电磁铁的同步电机，其特点是具有高效率、高功率因数、大功率密度等优点。

PMSM广泛应用于需要快速响应和高精度控制的场合，例如数控机床、印刷设备、飞行器等领域。

在PMSM伺服系统中，控制目标是实现电机的精确转矩控制，以满足不同工况下的运行需求。

针对PMSM伺服系统的控制要求，自抗扰控制策略应运而生。

自抗扰控制是一种基于对系统扰动进行实时测量和估计的控制策略，通过对扰动的补偿来实现对系统的精确控制。

相比于传统的PID控制，自抗扰控制能够更好地应对外部扰动和模型误差，具有良好的鲁棒性和鲁棒性。

在PMSM伺服系统中，自抗扰控制策略的设计和实现涉及到多个关键环节，包括扰动观测器的设计、参数的辨识与补偿、控制律的设计等。

其中，扰动观测器是自抗扰控制策略的核心组成部分，通过对扰动信号的实时估计，实现对扰动的实时补偿。

对PMSM电机的数学建模和参数辨识也是自抗扰控制的重要基础，准确的模型和参数估计将直接影响控制系统的性能和稳定性。

在自抗扰控制策略的设计中，还需要考虑控制律的设计和调整。

传统的自抗扰控制往往采用线性控制律，但在实际应用中，PMSM电机的非线性特性经常会带来挑战。

如何设计一种适应PMSM电机非线性特性的自抗扰控制律，是当前研究和应用中的重要问题之一。

基于滑模观测器和自抗扰控制的永磁同步电机转矩控制系统及方法[

专利名称：基于滑模观测器和自抗扰控制的永磁同步电机转矩控制系统及方法
专利类型：发明专利
发明人：黄刚,吴公平,赵凯辉,张昌凡,于惠钧,刘建华
申请号：CN201710795562.3
申请日：20170906
公开号：CN107359837A
公开日：
20171117
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于滑模观测器和自抗扰控制的永磁同步电机转矩控制系统及方法，其对永磁电机转矩进行快速精确控制。

本发明首先设计了一种最小阶扩展磁链滑模观测器；然后设计了一种自抗扰电流控制器；最后将观测器输出的电磁转矩与上位机输出的给定转矩信号作差值输入到PI 控制器中；进一步将PI控制器输出的q轴电流信号和观测器输出的dq轴磁链分量输入到自抗扰控制器中，从而构成转矩闭环。

本发明所提出的永磁同步电机转矩控制系统及方法，可使电机输出转矩动态响应速度更快，且无超调现象。

且本发明将滑模观测器与自抗扰技术相结合，进一步提升了永磁同步电机转矩控制的可靠性和鲁棒性，可广泛应用于以永磁同步电机为驱动系统的场合。

申请人：湖南工业大学
地址：412007 湖南省株洲市天元区泰山路湖南工业大学
国籍：CN
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KEY WORDS: permanent magnetic synchronous motor; active disturbance rejection controller; inertia identification; load-torque observation; model compensation
−B / J ⎥⎦
⎡id ⎤ ⎡ud / L ⎤
针对上述问题，如果能够通过系统辨识、建模 或估计等方法得到被控对象的模型或者部分模型， 而且在自抗扰控制器设计中充分利用这些得到的 被控对象模型信息，补偿掉对象的一些不确定性， 将缓解自抗扰控制器对复杂扰动的估计压力，使得 系统的控制性能更加突出。
为此，本文提出永磁同步电机调速系统的模型 补偿自抗扰控制器方案。针对永磁同步电机调速系 统运行过程中存在的转动惯量和外部负载等扰动 项的变化对调速性能的影响，先辨识出转动惯量、 阻尼系数及负载力矩，然后再利用所辨识的模型信 息组合成部分扰动项，把部分扰动项补偿到自抗扰 控制器中去，使 ESO 不需要估计出全部的扰动量， 只需估计出未被补偿掉的扰动量，这样可以减轻 ESO 对扰动的估计负担，而自抗扰控制器对扰动的 补偿分量依然存在，既达到了模型补偿的目的，又 提高了观测器对扰动估计的精度。仿真结果表明， 与简化的 1 阶自抗扰控制器相比，模型补偿自抗扰 控制器具有更优的抗负载扰动性能。
2 PMSM 调速系统的模型补偿自抗扰控制 器设计
本文研究的是面装式永磁同步电机，在随转子
旋转的 dq 坐标系上，永磁同步电机的理想的数学
模型[1]为
⎡⎢⎢iidq
⎤ ⎥ ⎥
=
⎡ ⎢ ⎢
−Rs / L − pnω
⎢⎣ω ⎥⎦ ⎢⎣ 0
pnω −Rs / L pnψ f / J
0⎤ − pnψ f / L⎥⎥ ⋅
自抗扰控制器本来是针对对象模型未知的一 种控制方法，标准的自抗扰控制器不需要精确知道 对象的模型，只要知道了模型的阶次就可以设计出 对象的自抗扰控制器，但是，在有些复杂的应用场 合，完全不利用被控对象模型进行控制系统设计，
第 24 期
刘志刚等： 基于永磁同步电机模型辨识与补偿的自抗扰控制器
119
往往难以充分发挥出自抗扰控制方法的优点。在用 自抗扰控制的永磁同步电机的调速系统中一般是 根据速度输出方程设计出速度环的 1 阶自抗扰控制 器[15-16]，ESO 所估计的扰动项包括转速、转矩的变 化以及惯量和阻尼系数的变化。在永磁同步电机运 行过程中，这些参数及扰动量都会发生变化，尤其 在负载扰动大的时候，扰动项幅值会很大。在这种 情况下，让 ESO 直接估计出这种扰动显然是加重了 观测器的负担，ESO 对扰动的估计难以保证很高的 精度，导致自抗扰控制器对扰动也难以进行很好的 补偿，限制了自抗扰控制器取得更优的控制性能。
f0 (z1, wˆ )
1 阶模型补偿 +
wˆ
ADRC
z2
z1
2阶
ESO
图 1 模型补偿自抗扰控制器结构图 Fig. 1 Structure of model-compensation ADRC
120
中国电机工程学报
第 28 卷
补偿的补偿量；b0 是对 b 的估计；u0 和 u 分别是 ADRC 的基本控制量(比例控制量)和经过模型补偿 后的控制量输出。
DOI:10.13334/j.0258-8013.pcsee.2008.24.015
第 28 卷 第 24 期 118 2008 年 8 月25 日
中国电机工程学报 Proceedings of the CSEE
文章编号：0258-8013 (2008) 24-0118-06 中图分类号：TM 351 文献标识码：A
关键词：永磁同步电机；自抗扰控制器；惯量辨识；负载力 矩观测；模型补偿
0 引言
永磁同步电机因其具有体积小、结构简单、维
修简便、转矩惯性比高、可靠性高、伺服系统优良 等特点，在现代交流伺服系统中得到了广泛应用。 特别是在机器人、航天航空、数控机床等 对电机性能、控制精度要求较高的场合与领域受到 越来越多的关注[1]。目前 PMSM 调速控制大多采用 线性控制，控制结构采用双环结构，内环为电流环， 外环为速度环，控制方法多采用 PI 调节器[2]，但 PMSM 是一典型的非线性多变量耦合系统，特别是 作为伺服电机应用受到未知负载、摩擦及磁场非线 性的影响，线性控制难以满足高控制性能的要求[3]。
图 1 中，y*和 y 为系统的期望输出和输出；d 为外
部的扰动；wˆ 为对外部扰动 d 的估计；z1 是 ESO 对
y 的估计；z2 为 ESO 对系统内外扰动的估计，
f0 (z1, wˆ ) 为系统模型的可知部分，也即是进行模型
d
y* + −
u0 线性 P +
−
u
被控 y 对象
1/b0
b0
+
++
果必须很好才有可能，也即需要 z2的估计精度要高。 一般来说 z2 要估计的量的变化幅度越大，估计精度 越难保证[17-18]。提高其估计精度的办法之一就是尽 可能地降低 z2 要估计的量的变化幅度[19]。这就是模 型补偿自抗扰控制器的基本思路。根据观测器 ESO 的设计原理，将可知的对象模型 f0 (xˆ, wˆ ) 加入到观 测器的第一个方程中，一般情况下，z2 要估计的扰 动量幅度就会变小，ESO 对扰动的估计精度就会提 高，同时将对象的模型也加入到控制量中，完成对 对象模型的补偿功能。于是形成如下的控制器方程：
象的状态 x 和对象模型的变化 f(x,w)+ (b−b0)u；β1、 β2 是扩张的状态观测器的增益；b0 是对 b 的估计；kp 是比例控制器增益；z2/b0 是用于补偿对象内扰和外扰 的补偿量，由于是 1 阶系统，省去了跟踪微分器(TD)。
在对象模型变化时，ESO 的状态变量 z2 用来估 计对象模型的变化 f(x,w)，如果对象模型的变化比 较剧烈，要想取得好的控制效果，观测器的跟踪效
f0 (z1, wˆ ) + (b − b0 )u 。只要 z1 能够很好的估计 x，那 么 z2 要估计的幅值就很小，而控制量的补偿分量依 然存在，既达到了模型补偿的目的，又提高了观测
器估计的精度。这就是模型补偿自抗扰控制器的原
理，实质上就是尽可能地降低观测器所要估计的扰
动的幅度，提高观测精度。
图 1 是 1 阶模型补偿自抗扰控制器的结构图。
1 模型补偿自抗扰控制器
以 1 阶对象为例，1 阶象方程为
⎧ x
⎨ ⎩
y
= =
f (x, w) + bu x
=
f0 (xˆ, wˆ ) +
f1(x, w) +
bu
(1)
式中： f (x, w) = f0 (xˆ, wˆ ) + f1(x, w) ； f0 (xˆ, wˆ ) 为对象
模型的可知部分； f1(x, w) 为对象模型的不可知部
Vol.28 No.24 Aug.25 2008 ©2008 Chin.Soc.for Elec.Eng.
学科分类号：470·40
基于永磁同步电机模型辨识与补偿的自抗扰控制器
刘志刚，李世华
（东南大学自动化学院，江苏省 南京市 210096）
Active Disturbance Rejection Controller Based on Permanent Magnetic Synchronous Motor Model Identification and Compensation
分。该 1 阶方程对应的 1 阶简化自抗扰控制器为
⎧z1 = z2 − β1(z1 − y) + b0u
⎪ ⎨
z 2
=
−β2 (z1
−
y)
(2)
⎪⎩u = kp ( y* − z1) − z2 / b0
式中：x 为对象的状态变量；y 为其输出；y*为期望
的输出；z1、z2 为 ESO 的状态变量，分别用于跟踪对
自抗扰控制器[12-13]也是近年来用到永磁同步电 机控制中的一种新的非线性算法[14-16]。自抗扰控制器 能实时估计并补偿系统的内外扰动，结合非线性控制 策略，可以达到很好的控制品质。自抗扰控制器是基 于跟踪微分器安排过渡过程，扩张状态观测器估计系 统状态、模型和外扰，控制律采用对状态误差的非线 性配置的一种实用的控制系统非线性综合方法。
电力电子技术、微电子技术尤其是数字信号处理 技术的快速发展，为现代控制理论和新型电机控制技 术提供了应用平台，近年来出现了一些新的非线性控 制算法被用到永磁同步电机控制中，如基于扰动观测 器的控制的方法[4-7]，基于滑模变结构控制的方法[8-9]， 基于神经网络或模糊神经网络控制的方法[9-11]，这 些方法不仅丰富了永磁同步电机的控制理论，而且 从不同方面使得永磁同步电机在性能上得到改进。
LIU Zhi-gang, LI Shi-hua
(School of Automation, Southeast University, Nanjing 210096, Jiangsu Province, China)
ABSTRACT：In the permanent magnetic synchronous motor (PMSM) speed-regulation system controlled by first-order active disturbance rejection controller (ADRC), it is difficult to ensure the estimation precision of disturbance by extended state observer (ESO) in the case of big disturbance. In order to make disturbance better estimated by ESO, and improve the control performance of ADRC, a model-compensation ADRC scheme for the PMSM speed-regulation system is presented. Partial model of the PMSM is identified and this partial model information is employed to compensate disturbance partially in the design of the one-order ADRC. The pressure of estimating disturbance for ESO is generally decreased and the estimation precision is enhanced. Simulation results indicate that this algorithm has better anti-load-disturbance performance.