CN104135206A - 用于电机控制系统的电流调节器及电机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电机控制系统的电流调节器，其包括：d轴PI调节器，其根据获得q轴PI调节器，其根据获得d轴抗饱和补偿装置，其根据获得q轴抗饱和补偿装置，其根据获得d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置，其根据和ω_r获得q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置，其根据和ω_r获得其中，和进行叠加以及和进行叠加以通过电流调节器分别输出当前控制周期的d轴电压参考信号和q轴电压参考信号该电流调节器不但具有抗饱和的特性，而且具有电机参数鲁棒性，从而可避免电机参数变化而造成的解耦失效问题。本发明还公开了一种电机控制系统。

Description

用于电机控制系统的电流调节器及电机控制系统

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种用于电机控制系统的电流调节器以及一种具有该电流调节器的电机控制系统。

背景技术

典型的电机控制系统里往往需要电流调节器来控制流过电机定子绕组的电流大小，从而达到控制电机的转矩的目的。电流调节器一般位于整个控制系统的内环即电流环，需要满足响应速度快、超调小等要求，一般其带宽至少为外环控制器的5倍以上。

工业系统中，应用最为广泛的电流调节器一般为PI(Proportional Integral，比例积分)调节器，即电流给定值与反馈值的差值通过比例放大及积分之和作为输出。PI调节器基本能满足电流调节器对响应速度及控制误差的要求，但在直流母线电压固定的情况下，电机控制系统中的逆变器输出电压受限制。随着频率升高，逆变器输出电压不能满足电机端电压需求，PI调节器反馈值无法跟踪输入值，其积分器输出一直处于累加状态，这时电流调节器输出电压指令超过逆变器实际可输出最大电压值，处于饱和状态；而当频率降低时，由于积分器的数值很大，需要较长时间才能使得电流调节器输出电压调节至可调区域，从而极大地影响了电流调节的响应速度，造成电机运行不稳定。

发明内容

本申请是基于发明人对以下问题和事实的认识发现作出的：

相关技术中，是通过采取抗饱和控制器来解决电流调节器饱和问题的。几种常见的抗饱和控制器为条件积分(Conditional Integrator)控制器、限制积分(LimitedIntegrator)控制器以及跟踪抗饱和(Tracking anti-windup)控制器。

发明人在研究和实验时发现，采用以上几种抗饱和控制器虽然能一定程度上解决电流调节器的饱和问题，但在电机参数不准，尤其是电机dq轴电感参数发生变化时，电流调节器输出电压无法准确补偿交叉耦合项，从而造成矢量控制解耦失效，影响电机的动静态性能，使得电机不能稳定运行，可靠性降低。

为此，本发明的一个目的在于提出一种用于电机控制系统的电流调节器，该电流调节器不但具有抗饱和的特性，而且具有电机参数鲁棒性，从而可避免电机参数变化而造成的解耦失效问题。

本发明的另一个目的在于提出一种电机控制系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出的一种用于电机控制系统的电流调节器，包括：d轴PI调节器，所述d轴PI调节器根据d轴电流误差信号获得d轴初始参考电压指令信号q轴PI调节器，所述q轴PI调节器根据q轴电流误差信号获得q轴初始参考电压指令信号d轴抗饱和补偿装置，所述d轴抗饱和补偿装置根据d轴电压误差信号获得d轴抗饱和补偿电压信号q轴抗饱和补偿装置，所述q轴抗饱和补偿装置根据q轴电压误差信号获得q轴抗饱和补偿电压信号d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置，所述d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置根据所述q轴电流误差信号所述q轴电压误差信号和电机的反馈转速ω_r获得d轴交叉耦合项补偿电压q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置，所述q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置根据所述d轴电流误差信号所述d轴电压误差信号和所述电机的反馈转速ω_r获得q轴交叉耦合项补偿电压其中，所述d轴初始参考电压指令信号所述d轴交叉耦合项补偿电压和所述d轴抗饱和补偿电压信号进行叠加以及所述q轴初始参考电压指令信号所述q轴交叉耦合项补偿电压和所述q轴抗饱和补偿电压信号进行叠加以通过所述电流调节器分别输出当前控制周期的d轴电压参考信号和q轴电压参考信号

根据本发明实施例的用于电机控制系统的电流调节器，通过dq轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置以及dq轴抗饱和补偿装置使得电流调节器具有对电机参数变化的鲁棒性及抗饱和性能，其中，dq轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置取代dq轴电流相关项的直接补偿，从而消除对电机互感参数的依赖，而dq轴抗饱和补偿装置在电机控制系统的逆变器输出电压限幅时起到抗饱和作用，避免PI调节器进入饱和状态而限制电机的动态控制性能。因此，本发明实施例的用于电机控制系统的电流调节器不仅具有抗饱和的特性，避免电机高速运转时由于逆变器输出电压限幅而达到积分饱和的状况，还具有对电机参数的鲁棒性，避免由于电机参数不准造成交叉解耦项补偿错误而引起的解耦失效问题，保证电机稳定运行，有效地提高电机控制系统的可靠性和稳定性。

根据本发明的一个实施例，当所述电流调节器输出的电压饱和时，所述d轴抗饱和补偿电压信号与所述d轴PI调节器的积分项在饱和后的增加量相互抵消，所述q轴抗饱和补偿电压信号与所述q轴PI调节器的积分项在饱和后的增加量相互抵消；当所述电流调节器输出的电压未饱和时，所述d轴抗饱和补偿电压信号和所述q轴抗饱和补偿电压信号为零。

根据本发明的一个实施例，所述d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置和所述q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置均包括积分调节器。

根据本发明的一个实施例，所述d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置根据以下公式计算所述d轴交叉耦合项补偿电压

$V_{\mathrm{ds}\_\mathrm{dc}}^{r^{*}}=\∫(\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{qs}}^r-\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{qs}}^r{K}_{\mathrm{bd}}){\mathrm{\ω}}_r\mathrm{dt}$

其中，K_bd＝mK_pd，m为0～1，K_pd为所述电机的d轴电感L_d与电流环带宽ω_cc的乘积。

根据本发明的一个实施例，所述q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置根据以下公式计算所述q轴交叉耦合项补偿电压

$V_{\mathrm{qs}\_\mathrm{dc}}^{r^{*}}=K_e{\mathrm{\ω}}_r-\∫(\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{ds}}^r-\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{ds}}^r{K}_{\mathrm{bq}}){\mathrm{\ω}}_r\mathrm{dt}$

其中，K_bq＝mK_pq，m为0～1，K_pq为所述电机的q轴电感L_q与所述电流环带宽ω_cc的乘积，K_e为所述电机的反电势系数。

根据本发明的一个实施例，所述电机控制系统的速度调节器根据转速指令信号和所述电机的反馈转速ω_r计算得到d轴电流指令信号和q轴电流指令信号所述电流调节器还包括：误差电流计算模块，所述误差电流计算模块根据所述d轴电流指令信号和所述电机的d轴反馈电流计算得到所述d轴电流误差信号并根据所述q轴电流指令信号和所述电机的q轴反馈电流计算得到所述q轴电流误差信号

根据本发明的一个实施例，还包括：误差电压计算模块，所述误差电压计算模块根据所述电机控制系统的逆变器在上一控制周期实际输出的d轴电压和所述上一控制周期的d轴电压参考信号计算得到所述当前控制周期的d轴电压误差信号并根据所述逆变器在上一控制周期实际输出的q轴电压和所述上一控制周期的q轴电压参考信号计算得到所述当前控制周期的q轴电压误差信号

根据本发明的一个实施例，所述d轴抗饱和补偿装置根据以下公式计算所述d轴抗饱和补偿电压信号

$V_{\mathrm{ds}\_\mathrm{aw}}^{r^{*}}=-K_{\mathrm{ad}}{K}_i\∫\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{ds}}^r\mathrm{dt}$

其中，K_ad＝K_pd，K_pd为所述电机的d轴电感L_d与电流环带宽ω_cc的乘积，K_i为所述电机的定子电阻R_s与所述电流环带宽ω_cc的乘积。

根据本发明的一个实施例，所述q轴抗饱和补偿装置根据以下公式计算所述q轴抗饱和补偿电压信号

$V_{\mathrm{qs}\_\mathrm{aw}}^{r^{*}}=-K_{\mathrm{aq}}{K}_i\∫\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{qs}}^r\mathrm{dt}$

其中，K_aq＝K_pq，K_pq为所述电机的q轴电感L_q与所述电流环带宽ω_cc的乘积。

此外，本发明另一方面实施例还提出了一种电机控制系统，其包括上述的用于电机控制系统的电流调节器。

根据本发明实施例的电机控制系统，不仅具有抗饱和的特性，避免电机高速运转时由于逆变器输出电压限幅而达到积分饱和的状况，还具有对电机参数的鲁棒性，避免由于电机参数不准造成交叉解耦项补偿错误而引起的解耦失效问题，保证电机稳定运行，大大提高了可靠性和稳定性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的用于电机控制系统的电流调节器的方框示意图；

图2为根据本发明一个实施例的d轴PI调节器、q轴PI调节器的内部框图；

图3为根据本发明一个实施例的d轴抗饱和补偿装置和q轴抗饱和补偿装置的内部框图；

图4为根据本发明一个实施例的d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置301和q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置302的内部框图；

图5为根据本发明一个实施例的电机控制系统的方框示意图；

图6(a)为使用普通抗饱和电流调节器的永磁同步电机控制系统dq坐标系下的d轴电流和q轴电流曲线示意图；

图6(b)为使用普通抗饱和电流调节器的永磁同步电机控制系统A相电流曲线示意图；

图7(a)为使用本发明实施例的电流调节器的永磁同步电机控制系统dq坐标系下的d轴电流和q轴电流曲线示意图；和

图7(b)为使用本发明实施例的电流调节器的永磁同步电机控制系统A相电流曲线示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面参照附图来描述根据本发明实施例的用于电机控制系统的电流调节器以及具有该电流调节器的电机控制系统。

图1为根据本发明实施例的用于电机控制系统的电流调节器的方框示意图。如图1所示，该用于电机控制系统的电流调节器包括：d轴PI调节器101、q轴PI调节器102、d轴抗饱和补偿装置201、q轴抗饱和补偿装置202、d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置301和q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置302。

d轴PI调节器101根据d轴电流误差信号获得d轴初始参考电压指令信号q轴PI调节器102根据q轴电流误差信号获得q轴初始参考电压指令信号根据本发明的一个实施例，d轴PI调节器、q轴PI调节器的内部框图如图2所示，d轴电流误差信号和q轴电流误差信号分别通过比例环节与积分环节最终得到d轴初始参考电压指令信号和q轴初始参考电压指令信号其中，K_pd为所述电机的d轴电感L_d与电流环带宽ω_cc的乘积，K_pq为所述电机的q轴电感L_q与所述电流环带宽ω_cc的乘积，积分系数K_i为所述电机的定子电阻R_s与所述电流环带宽ω_cc的乘积。

如图1所示，d轴抗饱和补偿装置201根据d轴电压误差信号获得d轴抗饱和补偿电压信号q轴抗饱和补偿装置202根据q轴电压误差信号获得q轴抗饱和补偿电压信号其中，d轴抗饱和补偿装置201和q轴抗饱和补偿装置202均可以是积分调节器，如图3所示，d轴电压误差信号、q轴电压误差信号分别通过积分调节器得到d轴抗饱和补偿电压信号和q轴抗饱和补偿电压信号系数K_ad一般为K_pd，K_aq一般为K_pq。

根据本发明的一个实施例，d轴抗饱和补偿装置201根据以下公式计算所述d轴抗饱和补偿电压信号

$V_{\mathrm{ds}\_\mathrm{aw}}^{r^{*}}=-K_{\mathrm{ad}}{K}_i\∫\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{ds}}^r\mathrm{dt}---\left(1\right)$

其中，K_ad＝K_pd，K_pd为所述电机的d轴电感L_d与电流环带宽ω_cc的乘积，K_i为所述电机的定子电阻R_s与所述电流环带宽ω_cc的乘积。

并且，q轴抗饱和补偿装置202根据以下公式计算所述q轴抗饱和补偿电压信号

$V_{\mathrm{qs}\_\mathrm{aw}}^{r^{*}}=-K_{\mathrm{aq}}{K}_i\∫\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{qs}}^r\mathrm{dt}---\left(2\right)$

其中，K_aq＝K_pq，K_pq为所述电机的q轴电感L_q与所述电流环带宽ω_cc的乘积。

在本发明的实施例中，如图1所示，d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置301根据所述q轴电流误差信号所述q轴电压误差信号和电机的反馈转速ω_r获得d轴交叉耦合项补偿电压q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置302根据所述d轴电流误差信号所述d轴电压误差信号和所述电机的反馈转速ω_r获得q轴交叉耦合项补偿电压其中，所述d轴初始参考电压指令信号所述d轴交叉耦合项补偿电压和所述d轴抗饱和补偿电压信号进行叠加以及所述q轴初始参考电压指令信号所述q轴交叉耦合项补偿电压和所述q轴抗饱和补偿电压信号进行叠加以通过所述电流调节器分别输出当前控制周期的d轴电压参考信号和q轴电压参考信号

根据本发明的一个实施例，d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置301和q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置302的内部框图如图4所示。其中，d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置301和q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置302均可以包括积分调节器。因此，在本发明的实施例中，dq轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置利用积分调节器取代dq轴电流相关项的直接补偿，从而消除对电机互感参数的依赖。

其中，d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置301根据以下公式计算所述d轴交叉耦合项补偿电压

$V_{\mathrm{ds}\_\mathrm{dc}}^{r^{*}}=\∫(\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{qs}}^r-\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{qs}}^r{K}_{\mathrm{bd}}){\mathrm{\ω}}_r\mathrm{dt}---\left(3\right)$

其中，K_bd＝mK_pd，m为0～1，K_pd为所述电机的d轴电感L_d与电流环带宽ω_cc的乘积。

q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置根据以下公式计算所述q轴交叉耦合项补偿电压

$V_{\mathrm{qs}\_\mathrm{dc}}^{r^{*}}=K_e{\mathrm{\ω}}_r-\∫(\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{ds}}^r-\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{ds}}^r{K}_{\mathrm{bq}}){\mathrm{\ω}}_r\mathrm{dt}---\left(4\right)$

其中，K_bq＝mK_pq，m为0～1，K_pq为所述电机的q轴电感L_q与所述电流环带宽ω_cc的乘积，K_e为所述电机的反电势系数。

可以理解的是，系数K_bd、K_bq可以根据整个系统的稳定情况进行调节。

在本发明的实施例中，当所述电流调节器输出的电压饱和时，所述d轴抗饱和补偿电压信号与所述d轴PI调节器的积分项在饱和后的增加量相互抵消，所述q轴抗饱和补偿电压信号与所述q轴PI调节器的积分项在饱和后的增加量相互抵消，以避免电流调节器饱和；当所述电流调节器输出的电压未饱和时，所述d轴抗饱和补偿电压信号和所述q轴抗饱和补偿电压信号为零。并且，本发明实施例的电流调节器通过采用q轴误差电压与电机的反馈转速ω_r的乘积的积分项作为d轴交叉耦合项补偿电压避免使用d轴电感参数L_d，以及通过采用d轴误差电压与电机的反馈转速ω_r的乘积的积分项，再加上反电势系数K_e与电机的反馈转速ω_r的乘积作为q轴交叉耦合项补偿电压避免使用q轴电感参数L_q，从而本发明实施例的电流调节器具有参数鲁棒的特性。

在本发明的实施例中，如图5所示，电机控制系统的速度调节器根据转速指令信号和所述电机的反馈转速ω_r计算得到d轴电流指令信号和q轴电流指令信号如图1所示，上述的电流调节器还包括误差电流计算模块401。在每个控制周期误差电流计算模块401根据所述d轴电流指令信号和所述电机的d轴反馈电流计算得到所述d轴电流误差信号并根据所述q轴电流指令信号和所述电机的q轴反馈电流计算得到所述q轴电流误差信号

并且，上述的电流调节器还包括误差电压计算模块402，误差电压计算模块402根据所述电机控制系统的逆变器在上一控制周期实际输出的d轴电压和上一控制周期的d轴电压参考信号计算得到当前控制周期的d轴电压误差信号并根据逆变器在上一控制周期实际输出的q轴电压和上一控制周期的q轴电压参考信号计算得到所述当前控制周期的q轴电压误差信号

其中，d轴电流误差信号通过d轴PI调节器101可计算出d轴原始参考电压指令q轴电流误差信号通过q轴PI调节器102可计算出q轴原始参考电压指令d轴电压误差信号通过d轴抗饱和补偿装置201可计算得到d轴抗饱和补偿电压信号q轴电压误差信号通过q轴抗饱和补偿装置202可计算得到q轴抗饱和补偿电压信号d轴电流误差信号和d轴电压误差信号通过q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置302可得到q轴交叉耦合项补偿电压q轴电流误差信号和q轴电压误差信号通过d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置301可得到d轴交叉耦合项补偿电压其与交叉电流相关的部分被积分调节器取代，从而避免直接使用有误差的电感值使得解耦失效。最后，在基础上叠加电压补偿项和可得到最终d轴输出参考电压信号在基础上叠加电压补偿项和可得到最终q轴输出参考电压信号

在本发明的实施例中，如图5所示，通过电压采样可得到直流母线电压大小V_dc，通过电流采样可得到电机三相电流i_as、i_bs与i_cs，通过速度/位置观测器可得到电机的反馈转速ω_r和转子位置θ_r。采样电流i_as、i_bs与i_cs通过Clarke坐标变换得到静止坐标系电流与再通过Park坐标变换得到dq坐标系d轴反馈电流与q轴反馈电流其中，速度调节器利用转速指令信号与反馈转速ω_r可计算得到d轴电流指令信号与q轴电流指令信号本发明实施例的电流调节器利用d轴电流指令信号与q轴电流指令信号d轴反馈电流与q轴反馈电流电机的反馈转速ω_r，以及逆变器上一控制周期实际输出的d轴电压与q轴电压来计算当前控制周期的d轴电压参考信号与q轴电压参考信号 与通过Park坐标逆变换得到静止坐标系参考电压信号与SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)模块对静止坐标系参考电压信号与进行调整，得到当前控制周期实际输出电压信号与以及驱动逆变器六个开关器件的驱动信号(即PWM波)。

根据本发明的一个示例，使用普通抗饱和电流调节器的永磁同步电机控制系统在电机互感Lq参数为实际值2倍时，且在负载较大的情况下(大扭矩)，电机dq坐标系下的d轴电流和q轴电流曲线如图6(a)所示，A相电流曲线如图6(b)所示。可见在电机参数不准且电机负载较大时，采用普通的抗饱和电流调节器会发生电流幅值波动的状况，这是由于调节器对参数敏感的原因。而使用本发明实施例的电流调节器的永磁同步电机控制系统，在电机互感Lq参数为实际值2倍时，且与上述工况相同的情况，电机dq坐标系下的d轴电流和q轴电流曲线如图7(a)所示，A相电流曲线如图7(b)所示。可见采用本发明实施例的电流调节器，电机电流稳定，幅值基本不发生波动，因此本发明实施例的电流调节器具有参数鲁棒的特性。

根据本发明实施例的用于电机控制系统的电流调节器，通过dq轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置以及dq轴抗饱和补偿装置使得电流调节器具有对电机参数变化的鲁棒性及抗饱和性能，其中，dq轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置取代dq轴电流相关项的直接补偿，从而消除对电机互感参数的依赖，而dq轴抗饱和补偿装置在电机控制系统的逆变器输出电压限幅时起到抗饱和作用，避免PI调节器进入饱和状态而限制电机的动态控制性能。因此，本发明实施例的用于电机控制系统的电流调节器不仅具有抗饱和的特性，避免电机高速运转时由于逆变器输出电压限幅而达到积分饱和的状况，还具有对电机参数的鲁棒性，避免由于电机参数不准造成交叉解耦项补偿错误而引起的解耦失效问题，保证电机稳定运行，有效地提高电机控制系统的可靠性和稳定性。

此外，本发明的实施例还提出了一种电机控制系统，其包括上述的用于电机控制系统的电流调节器。

根据本发明实施例的电机控制系统，不仅具有抗饱和的特性，避免电机高速运转时由于逆变器输出电压限幅而达到积分饱和的状况，还具有对电机参数的鲁棒性，避免由于电机参数不准造成交叉解耦项补偿错误而引起的解耦失效问题，保证电机稳定运行，大大提高了可靠性和稳定性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种用于电机控制系统的电流调节器，其特征在于，包括：

d轴PI调节器，所述d轴PI调节器根据d轴电流误差信号获得d轴初始参考电压指令信号

q轴PI调节器，所述q轴PI调节器根据q轴电流误差信号获得q轴初始参考电压指令信号

d轴抗饱和补偿装置，所述d轴抗饱和补偿装置根据d轴电压误差信号获得d轴抗饱和补偿电压信号

q轴抗饱和补偿装置，所述q轴抗饱和补偿装置根据q轴电压误差信号获得q轴抗饱和补偿电压信号

d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置，所述d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置根据所述q轴电流误差信号所述q轴电压误差信号和电机的反馈转速ω_r获得d轴交叉耦合项补偿电压

q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置，所述q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置根据所述d轴电流误差信号所述d轴电压误差信号和所述电机的反馈转速ω_r获得q轴交叉耦合项补偿电压

其中，所述d轴初始参考电压指令信号所述d轴交叉耦合项补偿电压和所述d轴抗饱和补偿电压信号进行叠加以及所述q轴初始参考电压指令信号所述q轴交叉耦合项补偿电压和所述q轴抗饱和补偿电压信号进行叠加以通过所述电流调节器分别输出当前控制周期的d轴电压参考信号和q轴电压参考信号

2.如权利要求1所述的用于电机控制系统的电流调节器，其特征在于，

当所述电流调节器输出的电压饱和时，所述d轴抗饱和补偿电压信号与所述d轴PI调节器的积分项在饱和后的增加量相互抵消，所述q轴抗饱和补偿电压信号与所述q轴PI调节器的积分项在饱和后的增加量相互抵消；

当所述电流调节器输出的电压未饱和时，所述d轴抗饱和补偿电压信号和所述q轴抗饱和补偿电压信号为零。

3.如权利要求1所述的用于电机控制系统的电流调节器，其特征在于，所述d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置和所述q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置均包括积分调节器。

4.如权利要求1所述的用于电机控制系统的电流调节器，其特征在于，所述d轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置根据以下公式计算所述d轴交叉耦合项补偿电压

$V_{\mathrm{ds}\_\mathrm{dc}}^{r^{*}}=\∫(\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{qs}}^r-\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{qs}}^r{K}_{\mathrm{bd}}){\mathrm{\ω}}_r\mathrm{dt}$

其中，K_bd＝mKp_d，m为0～1，K_pd为所述电机的d轴电感L_d与电流环带宽ω_cc的乘积。

5.如权利要求4所述的用于电机控制系统的电流调节器，其特征在于，所述q轴抗参数变化的交叉耦合项补偿装置根据以下公式计算所述q轴交叉耦合项补偿电压

$V_{\mathrm{qs}\_\mathrm{dc}}^{r^{*}}=K_e{\mathrm{\ω}}_r-\∫(\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{ds}}^r-\mathrm{\Δ}{i}_{\mathrm{ds}}^r{K}_{\mathrm{bq}}){\mathrm{\ω}}_r\mathrm{dt}$

其中，K_bq＝mK_pq，m为0～1，K_pq为所述电机的q轴电感L_q与所述电流环带宽ω_cc的乘积，K_e为所述电机的反电势系数。

6.如权利要求1所述的用于电机控制系统的电流调节器，其特征在于，所述电机控制系统的速度调节器根据转速指令信号和所述电机的反馈转速ω_r计算得到d轴电流指令信号和q轴电流指令信号所述电流调节器还包括：

误差电流计算模块，所述误差电流计算模块根据所述d轴电流指令信号和所述电机的d轴反馈电流计算得到所述d轴电流误差信号并根据所述q轴电流指令信号和所述电机的q轴反馈电流计算得到所述q轴电流误差信号

7.如权利要求1所述的用于电机控制系统的电流调节器，其特征在于，还包括：

误差电压计算模块，所述误差电压计算模块根据所述电机控制系统的逆变器在上一控制周期实际输出的d轴电压和所述上一控制周期的d轴电压参考信号计算得到所述当前控制周期的d轴电压误差信号并根据所述逆变器在上一控制周期实际输出的q轴电压和所述上一控制周期的q轴电压参考信号计算得到所述当前控制周期的q轴电压误差信号

8.如权利要求1所述的用于电机控制系统的电流调节器，其特征在于，所述d轴抗饱和补偿装置根据以下公式计算所述d轴抗饱和补偿电压信号

$V_{\mathrm{ds}\_\mathrm{aw}}^{r^{*}}=-K_{\mathrm{ad}}{K}_i\∫\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{ds}}^r\mathrm{dt}$

其中，K_ad＝K_pd，K_pd为所述电机的d轴电感L_d与电流环带宽ω_cc的乘积，K_i为所述电机的定子电阻R_s与所述电流环带宽ω_cc的乘积。

9.如权利要求8所述的用于电机控制系统的电流调节器，其特征在于，所述q轴抗饱和补偿装置根据以下公式计算所述q轴抗饱和补偿电压信号

$V_{\mathrm{qs}\_\mathrm{aw}}^{r^{*}}=-K_{\mathrm{aq}}{K}_i\∫\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{qs}}^r\mathrm{dt}$

其中，K_aq＝K_pq，K_pq为所述电机的q轴电感L_q与所述电流环带宽ω_cc的乘积。

10.一种电机控制系统，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的用于电机控制系统的电流调节器。