CN109067276A - 一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法 - Google Patents

一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109067276A
CN109067276A CN201810847728.6A CN201810847728A CN109067276A CN 109067276 A CN109067276 A CN 109067276A CN 201810847728 A CN201810847728 A CN 201810847728A CN 109067276 A CN109067276 A CN 109067276A
Authority
CN
China
Prior art keywords
synchronous motor
permanent magnet
magnet synchronous
current
formula
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810847728.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109067276B (zh
Inventor
黄守道
吴公平
罗德荣
高剑
张昌凡
何静
龙卓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University
Original Assignee
Hunan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan University filed Critical Hunan University
Priority to CN201810847728.6A priority Critical patent/CN109067276B/zh
Publication of CN109067276A publication Critical patent/CN109067276A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109067276B publication Critical patent/CN109067276B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H02P21/0003—Control strategies in general, e.g. linear type, e.g. P, PI, PID, using robust control
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法，实施步骤包括：(1)获取永磁同步电机的转速ω[k]及d轴电压ud[k]、q轴电压uq[k]、d轴电流id[k]以及q轴电流iq[k]；(2)设计离散滑模观测器，将数据输入离散滑模观测器中得到永磁同步电机响应电流和永磁同步电机参数摄动引起的扰动值(3)设计高动态鲁棒预测电流控制器，通过高动态鲁棒预测电流控制器计算d轴的参考电压和q轴的参考电压；(4)将d轴和q轴的参考电压经逆Park变换后经SVPWM模块调制后用于驱动永磁同步电机工作。优点：在不增加任何软硬件开销和计算量的前提下，达到提高电流动态响应的目的和消除了永磁同步电机参数摄动引起的电流静差的问题。

Description

一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机的控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法。
背景技术
永磁同步电机因其功率密度大、效率高、运行可靠性强等诸多优点被广泛应用于航空航天、机械制造、轨道交通等高性能伺服工业领域。永磁交流驱动系统是一个3环级联的控制结构，在高性能伺服应用领域要求快速的电磁转矩响应以保证整个系统的高动态性能。最内环电流环控制的目的就是使电机电流能够快速严格地跟随给定电流变化。为此，与电磁转矩直接相关的电流环动态特性已成为制约驱动系统动、静态性能的核心因素。与传统的电流控制器相比，电流预测控制器可以实现对指令电流无超调的快速跟踪，具有较好的动、静态特性。
虽然电流预测控制有诸多优点，但是它依赖被控对象的精确数学模型。电机运行在环境恶劣的工况下，电机参数会受温度、磁饱和等相关因素的影响而发生变化。电流预测控制器中的电机参数与实际电机参数不一致会引起电流静差，导致系统效率降低，无法输出额定转矩等问题。此外，受硬件限制，电流环数字控制系统存在2个控制周期延时，这将会降低电流控制系统的动态响应，从而极大地限制了永磁同步电机的应用范围。
为此申请人进行了有益的探索和尝试，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的方案便是这种背景下产生的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足和缺陷而提供一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法。本发明一方面设计了高动态鲁棒预测电流控制器，该电流控制器在不增加任何软硬件开销和计算量的前提下，通过改进占空比控制策略来缩短控制延时，从而达到提高电流动态响应的目的。另一方面设计了离散滑模观测器来观测电机响应电流和电机参数摄动引起的扰动值，将离散滑模观测器的观测值反馈到高动态鲁棒预测电流控制器中，从而来增加预测电流控制器的鲁棒性。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)获取永磁同步电机的转速ω[k]及d轴电压ud[k]、q轴电压uq[k]、d轴电流id[k]以及q轴电流iq[k]；
(2)设计离散滑模观测器，将步骤(1)获取的永磁同步电机的转速ω[k]及d轴电压ud[k]、q轴电压uq[k]、d轴电流id[k]以及q轴电流iq[k]输入离散滑模观测器中，以观测永磁同步电机的响应电流和永磁同步电机的参数摄动引起的扰动值
(3)设计高动态鲁棒预测电流控制器，根据步骤(2)离散滑模观测器观测到的响应电流和永磁同步电机的参数摄动引起的扰动值 和步骤(1)获取的永磁同步电机的转速ω[k]以及永磁同步电机的指令电流通过高动态鲁棒预测电流控制器计算d轴的参考电压和q轴的参考电压；
(4)将步骤(3)得到的d轴的参考电压和q轴的参考电压经逆Park变换后获得两相静止坐标系下的α轴和β轴参考电压，然后经SVPWM模块调制后生成用于驱动永磁同步电机工作的6路PWM脉冲信号。
在本发明的一个优选实施例中，在步骤(2)中所述离散滑模观测器是依据式(2.1)所示的滑模面公式设计的：
式(2.1)中，s＝[sd sq]T，λ＞0，sgn()为符号函数。
在本发明的一个优选实施例中，根据式(2.1)所示的滑模面公式设计如下滑模观测器：
式(2.2)中，
其中，为x的观测值，Usmo＝[Udsmo Uqsmo]T为终端滑模控制项；id为d轴定子电流，iq为q轴定子电流，ωe为永磁同步电机的电气角速度，ud和uq为三相定子电压，R为定子电阻，LO为额定电感参数，ψro为额定磁链参数。
在本发明的一个优选实施例中，根据式(2.2)的所述终端滑模控制项Usmo要满足以下式(2.3)所示的公式：
Usmo＝A1e+λsgn(e)+s+kp sgn(s) (2.3)
式(2.3)中，kp1和kp2为设定的滑模观测器增益。
在本发明的一个优选实施例中，对式(2.2)进行离散化得到永磁同步电机响应电流和永磁同步电机参数摄动引起的扰动值的计算公式如下：
式(2.4)中，Ts为控制周期。
在本发明的一个优选实施例中，根据步骤(2)离散滑模观测器观测到的响应电流和永磁同步电机的参数摄动引起的扰动值和步骤(1)获取的永磁同步电机的转速ω[k]以及永磁同步电机的指令电流通过步骤(3)中设计的高动态鲁棒预测电流控制器计算指令电压矢量uref[k+1]的函数表达公式：
式(3.1)中，A＝A1+ωeA2,为电流指令值，为指令电压。
由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果在于：
1、本发明解决了永磁同步电机参数摄动对电流预测控制器的影响，利用离散滑模观测器来观测永磁同步电机相响应电流和参数摄动引起的扰动值，将观测值反馈至电流预测控制器中，消除了永磁同步电机参数摄动引起的电流静差的问题。
2、本发明在不增加任何软硬件开销和计算量的前提下，通过改进占空比控制策略来缩短控制延时，达到提高电流动态响应的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种实施例控制原理的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
如图1所示的一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法，实施步骤包括：
(1)获取永磁同步电机的转速ω[k]及d轴电压ud[k]、q轴电压uq[k]、d轴电流id[k]以及q轴电流iq[k]；
(2)设计离散滑模观测器，将步骤(1)获取的永磁同步电机的转速ω[k]及d轴电压ud[k]、q轴电压uq[k]、d轴电流id[k]以及q轴电流iq[k]输入离散滑模观测器中，以观测永磁同步电机的响应电流和永磁同步电机的参数摄动引起的扰动值
(3)设计高动态鲁棒预测电流控制器，根据步骤(2)离散滑模观测器观测到的响应电流和永磁同步电机的参数摄动引起的扰动值 和步骤(1)获取的永磁同步电机的转速ω[k]以及永磁同步电机的指令电流通过高动态鲁棒预测电流控制器计算d轴的参考电压和q轴的参考电压；
(4)将步骤(3)得到的d轴的参考电压和q轴的参考电压经逆Park变换后获得两相静止坐标系下的α轴和β轴参考电压，然后经SVPWM模块调制后生成用于驱动永磁同步电机工作的6路PWM脉冲信号。
其中步骤(2)的详细又包括：
(2-1)在步骤(2)中所述离散滑模观测器是依据式(2.1)所示的滑模面公式设计的：
式(2.1)中，s＝[sd sq]T，λ＞0，sgn()为符号函数。
(2-2)根据式(2.1)所示的滑模面公式设计如下滑模观测器：
式(2.2)中，
其中，为x的观测值，Usmo＝[Udsmo Uqsmo]T为终端滑模控制项；id为d轴定子电流，iq为q轴定子电流，ωe为永磁同步电机的电气角速度，ud和uq为三相定子电压，R为定子电阻，LO为额定电感参数，ψro为额定磁链参数。
(2-3)根据式(2.2)的所述终端滑模控制项Usmo要满足以下式(2.3)所示的公式：
Usmo＝A1e+λsgn(e)+s+kp sgn(s) (2.3)
式(2.3)中，kp1和kp2为设定的滑模观测器增益。
(2-4)对式(2.2)进行离散化得到永磁同步电机响应电流和永磁同步电机参数摄动引起的扰动值的计算公式如下：
式(2.4)中，Ts为控制周期。
在本发明的一个优选实施例中，根据步骤(2)离散滑模观测器观测到的响应电流和永磁同步电机的参数摄动引起的扰动值和步骤(1)获取的永磁同步电机的转速ω[k]以及永磁同步电机的指令电流通过步骤(3)中设计的高动态鲁棒预测电流控制器计算指令电压矢量uref[k+1]的函数表达公式：
式(3.1)中，A＝A1+ωeA2,为电流指令值，为指令电压。
其中步骤(4)根据SVPWM原理，利用参考电压矢量调制出六路PWM开关信号，然后将开关信号作用于逆变器，最终达到控制永磁同步电机的目的。
本发明还包括计算机系统，该计算机系统被编程以执行本发明的步骤(1)至(4)，该计算机系统可以根据需要基于CPU、DSP、FPGA等处理器实现。
综上所述，本发明包括离散滑模观测器和高动态鲁棒预测电流控制器。离散滑模观测器根据永磁同步电机的转速ω[k]、d轴的电压ud[k]和电流id[k]、q轴电压uq[k]和电流iq[k]，对永磁同步电机的响应电流和电机参数摄动引起的扰动值进行观测。利用离散滑模观测器观测到的永磁同步电机的响应电流和电机参数摄动引起的扰动值对控制系统进行补偿，以达到增强控制系统的鲁棒性。
高动态鲁棒预测电流控制器根据离散滑模观测器观测到的永磁同步电机的响应电流和电机参数摄动引起的扰动值和永磁同步电机响应转速ω[k]、永磁同步电机指令电流来计算d轴和q轴的参考电压。根据d轴和q轴的参考电压，执行空间矢量算法，得到PWM驱动信号，进而实现对永磁同步电机的控制。通过上述技术手段，不仅可以有效地消除电机参数摄动引起的电流静差的问题，而且还可以提高电流动态响应。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)获取永磁同步电机的转速ω[k]及d轴电压ud[k]、q轴电压uq[k]、d轴电流id[k]以及q轴电流iq[k]；
(2)设计离散滑模观测器，将步骤(1)获取的永磁同步电机的转速ω[k]及d轴电压ud[k]、q轴电压uq[k]、d轴电流id[k]以及q轴电流iq[k]输入离散滑模观测器中，以观测永磁同步电机的响应电流和永磁同步电机的参数摄动引起的扰动值
(3)设计高动态鲁棒预测电流控制器，根据步骤(2)离散滑模观测器观测到的响应电流和永磁同步电机的参数摄动引起的扰动值 和步骤(1)获取的永磁同步电机的转速ω[k]以及永磁同步电机的指令电流通过高动态鲁棒预测电流控制器计算d轴的参考电压和q轴的参考电压；
(4)将步骤(3)得到的d轴的参考电压和q轴的参考电压经逆Park变换后获得两相静止坐标系下的α轴和β轴参考电压，然后经SVPWM模块调制后生成用于驱动永磁同步电机工作的6路PWM脉冲信号。
2.如权利要求1所述的一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法，其特征在于，在步骤(2)中所述离散滑模观测器是依据式(2.1)所示的滑模面公式设计的：
式(2.1)中，s＝[sd sq]T，λ＞0，sgn()为符号函数。
3.如权利要求2所述的一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法，其特征在于，根据式(2.1)所示的滑模面公式设计如下滑模观测器：
式(2.2)中，
其中，为x的观测值，Usmo＝[Udsmo Uqsmo]T为终端滑模控制项；id为d轴定子电流，iq为q轴定子电流，ωe为永磁同步电机的电气角速度，ud和uq为三相定子电压，R为定子电阻，LO为额定电感参数，ψro为额定磁链参数。
4.如权利要求3所述的一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法，其特征在于，根据式(2.2)的所述终端滑模控制项Usmo要满足以下式(2.3)所示的公式：
Usmo＝A1e+λsgn(e)+s+kpsgn(s) (2.3)
式(2.3)中，kp1和kp2为设定的滑模观测器增益。
5.如权利要求4所述的一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法，其特征在于，对式(2.2)进行离散化得到永磁同步电机响应电流和永磁同步电机参数摄动引起的扰动值的计算公式如下：
式(2.4)中，Ts为控制周期。
6.如权利要求1所述的一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法，其特征在于，根据步骤(2)离散滑模观测器观测到的响应电流和永磁同步电机的参数摄动引起的扰动值和步骤(1)获取的永磁同步电机的转速ω[k]以及永磁同步电机的指令电流通过步骤(3)中设计的高动态鲁棒预测电流控制器计算指令电压矢量uref[k+1]的函数表达公式：
式(3.1)中，A＝A1+ωeA2,为电流指令值，为指令电压。
CN201810847728.6A 2018-07-27 2018-07-27 一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法 Active CN109067276B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810847728.6A CN109067276B (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810847728.6A CN109067276B (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109067276A true CN109067276A (zh) 2018-12-21
CN109067276B CN109067276B (zh) 2021-07-23

Family

ID=64836823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810847728.6A Active CN109067276B (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109067276B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109660170A (zh) * 2019-01-22 2019-04-19 东南大学 一种永磁同步电机高可靠性电流预测控制方法及其系统
CN110022105A (zh) * 2019-04-25 2019-07-16 西安理工大学 基于fosmc的永磁同步电机预测电流控制方法及系统
CN112502900A (zh) * 2020-10-16 2021-03-16 浙江工业大学 基于非线性阻尼控制的风电齿轮箱瞬变载荷主动抑制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06289938A (ja) * 1993-03-31 1994-10-18 Toyoda Mach Works Ltd サーボ送りにおける障害物検出装置
JP2013179758A (ja) * 2012-02-28 2013-09-09 Fuji Electric Co Ltd 電力変換装置
CN105897097A (zh) * 2016-04-18 2016-08-24 北方工业大学 永磁同步电机电流预测控制方法及装置
CN107482976A (zh) * 2017-09-25 2017-12-15 湖南大学 用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法及装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8976409B2 (en) * 2013-03-14 2015-03-10 Xerox Corporation Large sheet image on paper registration

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06289938A (ja) * 1993-03-31 1994-10-18 Toyoda Mach Works Ltd サーボ送りにおける障害物検出装置
JP2013179758A (ja) * 2012-02-28 2013-09-09 Fuji Electric Co Ltd 電力変換装置
CN105897097A (zh) * 2016-04-18 2016-08-24 北方工业大学 永磁同步电机电流预测控制方法及装置
CN107482976A (zh) * 2017-09-25 2017-12-15 湖南大学 用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法及装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘博: "基于扰动观测的永磁同步电机电流预测控制研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（工程科技Ⅱ辑）》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109660170A (zh) * 2019-01-22 2019-04-19 东南大学 一种永磁同步电机高可靠性电流预测控制方法及其系统
CN109660170B (zh) * 2019-01-22 2022-02-15 东南大学 一种永磁同步电机高可靠性电流预测控制方法及其系统
CN110022105A (zh) * 2019-04-25 2019-07-16 西安理工大学 基于fosmc的永磁同步电机预测电流控制方法及系统
CN112502900A (zh) * 2020-10-16 2021-03-16 浙江工业大学 基于非线性阻尼控制的风电齿轮箱瞬变载荷主动抑制方法
CN112502900B (zh) * 2020-10-16 2021-10-15 浙江工业大学 基于非线性阻尼控制的风电齿轮箱瞬变载荷主动抑制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109067276B (zh) 2021-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110022105A (zh) 基于fosmc的永磁同步电机预测电流控制方法及系统
Barnard et al. Hybrid active-flux and arbitrary injection position sensorless control of reluctance synchronous machines
CN103746624B (zh) 基于模型预测的双凸极永磁同步电机的电流控制方法
US9716454B2 (en) Driving circuit and driving method for permanent magnet synchronous motor
CN109067276A (zh) 一种永磁同步电机高动态鲁棒预测电流控制方法
CN102611368A (zh) 基于分数阶的电动汽车用永磁同步电机直接转矩控制系统及方法
Jiacai et al. Fractional order sliding mode controller for the speed control of a permanent magnet synchronous motor
CN104967382A (zh) 一种永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN106788041B (zh) 一种定子永磁型记忆电机高效率和宽调速控制方法
Abd Ali et al. Improved indirect field-oriented control of induction motor drive based PSO algorithm
CN103647493B (zh) 一种永磁同步电机的h无穷转速估计方法
Maamoun et al. Fuzzy logic based speed controller for permanent-magnet synchronous motor drive
Boby et al. Mathematical modelling of pmsm vector control system based on SVPWM with pi controller using Matlab
Allirani et al. Torque ripples minimization in DTC based induction motor drive using fuzzy logic technique
Mi et al. Duty-cycle model predictive current control
Wang et al. Active disturbance rejection control for PMSM servo system applied in industrial sewing machines
Wu et al. Research on Direct Torque Control Based on RZVSVPWM of PMSM
Yuntao et al. Design of explicit model predictive control for PMSM drive systems
Sheng et al. A fuzzy PI speed controller based on feedback compensation strategy for PMSM
ÇAVUŞ et al. Direct torque control of permanent magnet synchronous motor for electric vehicles
Kumar et al. Modeling and speed control of permanent magnet synchronous motor at constant load torque using PSIM
Lu et al. Optimization of MTPA algorithm of permanent magnet synchronous motor for electric tractor
Zhang et al. Current Prediction Control Strategy of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Extended Kalman Filter
Liu et al. Speed-sensorless direct torque control of bearingless permanent magnet synchronous motor based on extended kalman filter
Xinda et al. Sensorless direct power control for high-speed PMSM based on high-precision rotor position estimation

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant