CN105141211A - 一种电力系统用永磁同步电机智能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统用永磁同步电机智能控制方法，该智能控制方法在正弦脉宽调制(SPWM)中注入了三相载波，从而使得逆变器输出电流中包含了与注入三相载波同频率的旋转信号，为位置信号的获得奠定了基础，通过带通滤波器BPF滤波与位置观测器进行信号处理后，即可实现无需位置传感器便可简单易行地获得电机转子位置信号以及反馈的速度信号，从而降低成本、减小体积，且可适用于恶劣环境中；然后，在速度调节中采用了滑模控制器来代替传统的速度PI控制器，增加了系统的抗扰动能力；最后在电流调节中采用了预测控制器来代替传统的电流PI控制器，解决了传统电流PI控制器的滞后特性，提高了系统的带宽和动态性能，更适合于电力系统中采用。

Description

一种电力系统用永磁同步电机智能控制方法

技术领域

本发明涉及电机控制技术的领域，尤其是涉及一种电力系统用永磁同步电机智能控制方法。

背景技术

随着电力电子技术、电机控制技术以及稀土永磁材料的发展，永磁同步电机以其体积小、气隙磁通密度大、转矩容量比和转矩惯量比高以及没有转子励磁损耗等优点，已经逐渐成为了伺服系统电机选型的“主流”。永磁同步电机交流伺服系统现已在电力系统中得到了广泛的应用。但近几年，随着新能源以及科技的不断发展，电力系统对永磁同步电机的控制技术提出了更高的要求。

目前电力系统用永磁同步电机控制方法仍存在一些不足或待改进之处：其采用的速度PI控制器存在抗扰动能力弱；其采用的电流PI控制器，存在固有的滞后特性，从而会影响系统的动态性能和限制系统带宽的增加，响应速度受限；其需采用位置传感器来获得电机转子位置信号以及反馈的速度信号，存在成本高、占体积、安装复杂，且对恶劣环境不适用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的上述缺陷，提供一种电力系统用永磁同步电机智能控制方法，使其简单易行，无需位置传感器，可适用于恶劣环境中，能够使系统具有较好地抗扰动能力，同时能使系统具有很好地动态性能，减少滞后影响，更适合于电力系统中采用。

为了实现上述目的，本发明提供了一种电力系统用永磁同步电机智能控制方法，该方法包括如下步骤：

(1)通过霍尔传感器采集电机的电流i_a、i_b，然后将其通过abc/dq变换器得到d-q坐标系下实际电流值i_d和i_q；

(2)在正弦脉宽调制(SPWM)中注入三相载波，再将经逆变器逆变出来的电流i_a、i_b，通过带通滤波器BPF滤波后，得到与注入三相载波同频率的特定谐波电流i_ap和i_bp，然后经过位置观测器进行信号处理，获得电机转子位置信号θ以及反馈的速度信号转子机械角速度ω_r；

(3)将给定转速ω_r ^*与反馈的速度ω_r送入滑模控制器进行处理，得到具有抗扰动能力的给定电流i_q ^*，再将给定d-q轴电流i_d ^*送入预测控制器，同时将上一次输出的d-q轴电压U_d ^*(k-1)、U_q ^*(k-1)以及上一次反馈回来的电流i_d(k-1)和i_q(k-1)一同送入预测控制器，得到预测出的d-q轴电压U_d ^*(k)和U_q ^*(k)，其预测表达式为：

U_d ^*(k)＝A₁i_d(k-1)+A₂i_d ^*(k)+A₃i_q(k-1)+A₄U_d ^*(k-1)

U_q ^*(k)＝B₁i_q(k-1)+B₂i_q ^*(k)+B₃i_d(k-1)+B₄U_q ^*(k-1)

其中，k为第k个控制周期，k-1表示第k-1个周期，即上一个周期，U_d ^*(k)和U_q ^*(k)分别为预测出的第k个控制周期的d-q轴电压，i_d ^*(k)和i_q ^*(k)分别为第k个控制周期内给定的d-q轴电流，A₁、A₂、A₃、A₄为U_d ^*(k)的调节参数，B₁、B₂、B₃、B₄为U_q ^*(k)的调节参数，根据电机自身不同的特性决定；

(4)将得到的预测出的d-q轴电压U_d ^*(k)和U_q ^*(k)经过坐标变换得到三相电压U_a ^*、U_b ^*、U_c ^*，再结合注入的三相载波一同送入正弦脉宽调制(SPWM)中得到各自功率管开通、关断的脉宽调制信号，再通过逆变器输出电机的三相电流来控制电机跟随给定信号智能运行。

与现有技术相比，本发明的主要优势在于：

本发明提供了一种电力系统用永磁同步电机智能控制方法，该智能控制方法在正弦脉宽调制(SPWM)中注入了三相载波，从而使得逆变器输出电流中包含了与注入三相载波同频率的旋转信号，为位置信号的获得奠定了基础，通过带通滤波器BPF滤波与位置观测器进行信号处理后，即可实现无需位置传感器便可简单易行地获得电机转子位置信号以及反馈的速度信号，从而降低成本、减小体积，且可适用于恶劣环境中；然后，在速度调节中采用了滑模控制器来代替传统的速度PI控制器，增加了系统的抗扰动能力；最后在电流调节中采用了预测控制器来代替传统的电流PI控制器，解决了传统电流PI控制器的滞后特性，提高了系统的带宽和动态性能，更适合于电力系统中采用。

附图说明

图1为本发明的控制原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。

如图1所示，是本发明所述的一种电力系统用永磁同步电机智能控制方法的具体实施方式，其具体实施步骤为：

(1)通过霍尔传感器采集电机的电流i_a、i_b，然后将其通过abc/dq变换器得到d-q坐标系下实际电流值i_d和i_q；

(2)在正弦脉宽调制(SPWM)中注入三相载波，再将经逆变器逆变出来的电流i_a、i_b，通过带通滤波器BPF滤波后，得到与注入三相载波同频率的特定谐波电流i_ap和i_bp，然后经过位置观测器进行信号处理，获得电机转子位置信号θ以及反馈的速度信号转子机械角速度ω_r；

(3)将给定转速ω_r ^*与反馈的速度ω_r送入滑模控制器进行处理，得到具有抗扰动能力的给定电流i_q ^*，再将给定d-q轴电流i_d ^*送入预测控制器，同时将上一次输出的d-q轴电压U_d ^*(k-1)、U_q ^*(k-1)以及上一次反馈回来的电流i_d(k-1)和i_q(k-1)一同送入预测控制器，得到预测出的d-q轴电压U_d ^*(k)和U_q ^*(k)，其预测表达式为：

U_d ^*(k)＝A₁i_d(k-1)+A₂i_d ^*(k)+A₃i_q(k-1)+A₄U_d ^*(k-1)

U_q ^*(k)＝B₁i_q(k-1)+B₂i_q ^*(k)+B₃i_d(k-1)+B₄U_q ^*(k-1)

其中，k为第k个控制周期，k-1表示第k-1个周期，即上一个周期，U_d ^*(k)和U_q ^*(k)分别为预测出的第k个控制周期的d-q轴电压，i_d ^*(k)和i_q ^*(k)分别为第k个控制周期内给定的d-q轴电流，A₁、A₂、A₃、A₄为U_d ^*(k)的调节参数，B₁、B₂、B₃、B₄为U_q ^*(k)的调节参数，根据电机自身不同的特性决定；

(4)将得到的预测出的d-q轴电压U_d ^*(k)和U_q ^*(k)经过坐标变换得到三相电压U_a ^*、U_b ^*、U_c ^*，再结合注入的三相载波一同送入正弦脉宽调制(SPWM)中得到各自功率管开通、关断的脉宽调制信号，再通过逆变器输出电机的三相电流来控制电机跟随给定信号智能运行。

以上实施方式仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电力系统用永磁同步电机智能控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)通过霍尔传感器采集电机的电流i_a、i_b，然后将其通过abc/dq变换器得到d-q坐标系下实际电流值i_d和i_q；

(2)在正弦脉宽调制(SPWM)中注入三相载波，再将经逆变器逆变出来的电流i_a、i_b，通过带通滤波器BPF滤波后，得到与注入三相载波同频率的特定谐波电流i_ap和i_bp，然后经过位置观测器进行信号处理，获得电机转子位置信号θ以及反馈的速度信号转子机械角速度ω_r；

(3)将给定转速ω_r ^*与反馈的速度ω_r送入滑模控制器进行处理，得到具有抗扰动能力的给定电流i_q ^*，再将给定d-q轴电流i_d ^*送入预测控制器，同时将上一次输出的d-q轴电压U_d ^*(k-1)、U_q ^*(k-1)以及上一次反馈回来的电流i_d(k-1)和i_q(k-1)一同送入预测控制器，得到预测出的d-q轴电压U_d ^*(k)和U_q ^*(k)，其预测表达式为：

U_d ^*(k)＝A₁i_d(k-1)+A₂i_d ^*(k)+A₃i_q(k-1)+A₄U_d ^*(k-1)

U_q ^*(k)＝B₁i_q(k-1)+B₂i_q ^*(k)+B₃i_d(k-1)+B₄U_q ^*(k-1)

其中，k为第k个控制周期，k-1表示第k-1个周期，即上一个周期，U_d ^*(k)和U_q ^*(k)分别为预测出的第k个控制周期的d-q轴电压，i_d ^*(k)和i_q ^*(k)分别为第k个控制周期内给定的d-q轴电流，A₁、A₂、A₃、A₄为U_d ^*(k)的调节参数，B₁、B₂、B₃、B₄为U_q ^*(k)的调节参数，根据电机自身不同的特性决定；

(4)将得到的预测出的d-q轴电压U_d ^*(k)和U_q ^*(k)经过坐标变换得到三相电压U_a ^*、U_b ^*、U_c ^*，再结合注入的三相载波一同送入正弦脉宽调制(SPWM)中得到各自功率管开通、关断的脉宽调制信号，再通过逆变器输出电机的三相电流来控制电机跟随给定信号智能运行。