CN107404273A - 一种永磁同步电机电流解耦控制方法 - Google Patents

一种永磁同步电机电流解耦控制方法 Download PDF

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors

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Abstract

本发明涉及一种永磁同步电机电流解耦控制方法，考虑位置检测或位置估算误差的影响，进而将反电动势在误差坐标系中的直流分量和交轴分量作为解耦项，直轴电流控制表达式为：Ud‑ref(k)＝Udo‑LqIqωr+ed；ed＝ψωr sinΔθ。交轴电流控制表达式为：Uq‑ref(k)＝Uqo+LdIdωr+eq；eq＝ψωr cosΔθ。该永磁同步电机电流解耦控制方法计算的解耦项更加精确，对永磁同步电机电流解耦效果更好，电机控制效果更好。

Description

一种永磁同步电机电流解耦控制方法
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种永磁同步电机电流解耦控制方法。
背景技术
永磁同步电机凭借其体积重量小、功率因数高、控制性能好等优点得到了广泛的工 业应用。采用矢量控制技术实现永磁同步电机转速调节时，直轴和交轴电流存在一定的耦合，通常可以对直轴和交轴电流进行解耦，提高系统的控制性能。
永磁同步电机电压方程为：
其中：
Ud为旋转坐标系中永磁同步电机的直轴电压，Uq为旋转坐标系中永磁同步电机的交轴电压；
Id为旋转坐标系中永磁同步电机的直轴电流，Iq为旋转坐标系中永磁同步电机的交 轴电流；
ωr为电机角速度；
Rs为永磁同步电机相电阻；
Ld为永磁同步电机的直轴电感，Lq永磁同步电机的交轴电感；
ψ为永磁同步电机的转子磁链；
如图1所示为传统的永磁同步电机电流解耦控制框图，永磁同步电机电流解耦控制 的直轴电流控制表达式为：
Ud-ref＝Udo-LqIqωr，其中Ud-ref为直轴电压参考值，Udo为直轴电流调节器 输出值；
永磁同步电机电流解耦控制的交轴电流控制表达式为：
Uq-ref＝Uqo+LdIdωr+ψωr，其中Uq-ref为交轴电压参考值，Uqo为交轴电流 调节器输出值。
传统的处理方法是根据电机数学模型将耦合补偿到调节器输出中，但这种计算补偿 项的方法是基于无位置误差的数学模型计算，而实际情况，电机位置通过传感器检测或者算法估算得到，存在一定的误差，使得计算的补偿项目存在误差，导致解耦不完全， 电流控制效果不佳。
中国发明专利申请CN106026831(申请号为201610513313.6)《一种无位置传感器控 制下的电流解耦方法》，其中公开的方法将转子位置估计误差对电流耦合的影响考虑在内，对直轴和交轴电流进行更全面的解耦，从而减小转子位置估计误差，改善了系统的 控制性能。但是该方法未充分考虑存在坐标误差时，反电动势交轴分量的影响，从而导 致解耦不完全，电流控制效果不佳。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种补充坐标误差因素下反 电动势交轴影响作为误差因素的永磁同步电机电流解耦控制方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种永磁同步电机电流解耦控制方法， 其特征在于：包括直轴电流控制方法和交轴电流控制方法；
其中直轴电流控制方法为：
获取当前直轴电流调节器的输出电压Udo；
计算交轴旋转电流产生的感应电压LqIqωr，Lq为永磁同步电机在旋转坐标系中的交轴电感，Iq为永磁同步电机在旋转坐标系中的交轴电流，ωr为电机角速度；
计算反电动势在误差坐标系中的直轴分量ed；
直轴电流控制表达式为：
Ud-ref(k)＝Udo-LqIqωr+ed，其中Ud-ref(k)为当前采样点对应的直轴电压 参考值；
ed＝ψωrsinΔθ；
ψ为永磁同步电机的转子磁链，ωr为电机角速度；Δθ为旋转坐标系误差角度；
交轴电流控制方法为：
获取当前交轴电流调节器的输出电压Uqo；
计算直轴旋转电流产生的感应电压LdIdωr，Ld为永磁同步电机在旋转坐标系中的直轴电感，Id为永磁同步电机在旋转坐标系中的直轴电流；
计算反电动势在误差坐标系中的交轴分量eq；
交轴电流控制表达式为：
Uq-ref(k)＝Uqo+LdIdωr+eq其中Uq-ref(k)为当前采样点对应的交轴电压参 考值；
eq＝ψωr cosΔθ。
可选择地，所述直轴电流调节器的输出电压Udo根据直轴电流参考值与采样的实际电流值的误差信号通过电流调节器运算获取，或者通过误差电流-电压对应表查询获取；
所述交轴电流调节器的输出电压Uqo根据交轴电流参考值与采样的实际电流值的误差信号通过电流调节器运算获取，或者通过误差电流-电压对应表查询获取。
可选择地，所述直轴电流调节器为比例积分调节器或者比例谐振调节器；
所述交轴电流调节器为比例积分调节器或者比例谐振调节器。
作为改进，反电动势在误差坐标系中的直轴分量ed和反电动势在误差坐标系中的交 轴分量eq通过一反电动势计算模块获取，表达式如下；
Rs为永磁同步电机相电阻，Ud-ref(k-1)为前一个采样点对应的直轴电压参考值；
Uq-ref(k-1)为前一个采样点对应的交轴电压参考值。
与现有技术相比，本发明的优点在于：该永磁同步电机电流解耦控制方法考虑位置 检测或位置估算误差的影响，进而将反电动势在误差坐标系中的直流分量和交轴分量作 为解耦项，计算的解耦项更加精确，对永磁同步电机电流解耦效果更好，电机的电流控制精度更高，电机运行更加稳定，电机控制效果更好。
附图说明
图1为传统的永磁同步电机电流结构控制框图。
图2为本发明实施例中永磁同步电机电流结构控制框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图2所示，本实施例中的永磁同步电机电流解耦控制方法，其特征在于：包括直轴电流控制方法和交轴电流控制方法；
其中直轴电流控制方法为：
获取直轴电流调节器的输出电压Udo，本实施例中直轴电流调节器采用比例积分调节器，表达式如下；
Ud0＝Kp(Id-ref-Id)+Ki∫(Id-ref-Id)dt (式11)；
其中Kp为比例因数，Ki为积分因数，Id-ref为当前的采样点对应的直轴电流参考值；
计算交轴旋转电流产生的感应电压LqIqωr；
计算反电动势在误差坐标系中的直轴分量ed；
直轴电流控制表达式为：
Ud-ref(k)＝Udo-LqIqωr+ed (式12)；
其中Ud-ref(k)为当前采样点对应的直轴电压参考值；；
由式11、式12得：
Ud-ref＝Kp(Id-ref-Id)+Ki∫(Id-ref-Id)dt-LqIqωr+ed (式13)；
反电动势在误差坐标系中的直轴分量ed的理论值为ed＝ψωrsinΔθ，ψ为永磁同步电机的转子磁链，ωr为电机角速度；Δθ为旋转坐标系误差角度。
本实施例中，反电动势在误差坐标系中的直轴分量ed通过一反电动势计算模块获取，表达式如下；
Rs为永磁同步电机相电阻，Ud-ref(k-1)为前一个采样点对应的直轴电压参考值。
交轴电流控制方法为：
获取交轴电流调节器的输出电压Uqo，本实施例中交轴电流调节器采用比例积分调节器；
Uq0＝Kq(Iq-ref-Id)+Ki∫(Iq-ref-Id)dt (式21)；
Iq-ref为当前的采样点对应的交轴电流参考值；
计算直轴旋转电流产生的感应电压LdIdωr；
计算反电动势在误差坐标系中的交轴分量eq；
交轴电流控制表达式为：
Uq-ref(k)＝Uqo+LdIdωr+eq (式22)；
其中Uq-ref(k)为当前采样点对应的交轴电压参考值；
由式21、式22可得：
Uq-ref＝Kq(Iq-ref-Id)+Ki∫(Iq-ref-Id)dt+LdIdωr+eq (式23)；
反电动势在误差坐标系中的交轴分量eq的理论值为eq＝ψωrcosΔθ。
本实施例中，反电动势在误差坐标系中的交轴分量eq通过一反电动势计算模块获取，表达式如下；
Uq-ref(k-1)为前一个采样点对应的交轴电压参考值。
该永磁同步电机电流解耦控制方法考虑位置检测或位置估算误差的影响，进而将反 电动势在误差坐标系中的直流分量和交轴分量作为解耦项，计算的解耦项更加精确，对永磁同步电机电流解耦效果更好，电机控制效果更好。

Claims (4)

1.一种永磁同步电机电流解耦控制方法，其特征在于：包括直轴电流控制方法和交轴电流控制方法；
其中直轴电流控制方法为：
获取当前直轴电流调节器的输出电压Udo；
计算交轴旋转电流产生的感应电压LqIqωr，Lq为永磁同步电机在旋转坐标系中的交轴电感，Iq为永磁同步电机在旋转坐标系中的交轴电流，ωr为电机角速度；
计算反电动势在误差坐标系中的直轴分量ed；
直轴电流控制表达式为：
Ud-ref(k)＝Udo-LqIqωr+ed，其中Ud-ref(k)为当前采样点对应的直轴电压参考值；
ed＝ψωrsinΔθ；
ψ为永磁同步电机的转子磁链，ωr为电机角速度；Δθ为旋转坐标系误差角度；；
交轴电流控制方法为：
获取当前交轴电流调节器的输出电压Uqo；
计算直轴旋转电流产生的感应电压LdIdωr，Ld为永磁同步电机在旋转坐标系中的直轴电感，Id为永磁同步电机在旋转坐标系中的直轴电流；
计算反电动势在误差坐标系中的交轴分量eq；
交轴电流控制表达式为：
Uq-ref(k)＝Uqo+LdIdωr+eq，其中Uq-ref(k)为当前采样点对应的交轴电压参考值；
eq＝ψωr cosΔθ。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机电流解耦控制方法，其特征在于：所述直轴电流调节器的输出电压Udo根据直轴电流参考值与采样的实际电流值的误差信号通过电流调节器运算获取，或者通过误差电流-电压对应表查询获取；
所述交轴电流调节器的输出电压Uqo根据交轴电流参考值与采样的实际电流值的误差信号通过电流调节器运算获取，或者通过误差电流-电压对应表查询获取。
3.根据权利要求1所述的永磁同步电机电流解耦控制方法，其特征在于：所述直轴电流调节器为比例积分调节器或者比例谐振调节器；
所述交轴电流调节器为比例积分调节器或者比例谐振调节器。
4.根据权利要求1所述的永磁同步电机电流解耦控制方法，其特征在于：
反电动势在误差坐标系中的直轴分量ed和反电动势在误差坐标系中的交轴分量eq通过一反电动势计算模块获取，表达式如下；
Rs为永磁同步电机相电阻，Ud-ref(k-1)为前一个采样点对应的直轴电压参考值；
Uq-ref(k-1)为前一个采样点对应的交轴电压参考值。
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