CN110518853A - 一种永磁同步电机电流解耦控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一种永磁同步电机电流解耦控制方法及装置，所述方法包括：获得电机在同步旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q；将d轴电流i_d输入到第一改进型ESO，将q轴电流i_q输入到第二改进型ESO；第一改进型ESO输出d轴电流i_d的观测值和d轴扩张状态量f_d的观测值d轴电流i_d的观测值与电流指令值i_d ^*比较后进行比例调节，输出d轴电压u_d，d轴扩张状态量f_d的观测值转换为电压量后与d轴电压u_d叠加形成d轴总电压，d轴总电压转换成电流返回给第一改进型ESO；d轴总电压和q轴总电压均进行坐标反变换以及空间矢量脉宽调制，输出控制信号给逆变器；本发明的优点在于：能够在解耦控制过程中减小抖动。

Description

一种永磁同步电机电流解耦控制方法及装置

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制领域，更具体涉及一种永磁同步电机电流解耦控制方法及装置。

背景技术

永磁同步电机因其效率高、体积小、功率密度大、转矩脉动小等特点而被广泛配置于新能源汽车电驱动中。矢量控制作为一种高性能控制策略，其控制目标是使交流电机控制性能达到与直流电机控制性能相媲美的程度。永磁同步电机在进行矢量控制时，d-q轴存在交叉耦合分量，在电机运行工况发生变化时，会因为耦合分量的存在，而使交直轴电流相互作用，影响了电机的转矩响应性能，而且随着转速的升高，耦合电压占定子电压的比重逐渐增大，耦合作用的影响也会越来越严重，所以通常需要避免这种影响。在电动车驱动系统中，在高速运行时要想获得较好的电流动态响应性能，电流耦合对各项控制性能产生的影响就不容忽略。需要设计电流解耦控制策略，使d-q轴电流控制器对电流的控制相互独立，实现对电机电流的解耦，进而全面提高电流环的动态性能。

研究永磁同步电机在高速运行中，d-q轴电流之间的动态耦合对电流环动态性能的影响，对进一步提高矢量控制的性能具有重要的意义。为此，许多学者做出不同的尝试。如题为“S.Morimoto,M.Sanada and Y.Takeda.Wide-speed operationofinteriorpermanentmagnet synchronous motors with high-performance currentregulator”(IEEE Transactions on Industry Applications,1994,vol.30,no.4,pp.920-926.)的文献。这篇文献提出了电流反馈解耦控制方法，它利用实际反馈电流和转速计算耦合电压，通过将计算出的耦合电压前馈到电流控制器的输出电压中，来实现d-q轴的完全解耦。电流反馈解耦系统结构简单，易于实现，但在系统运行中，电机参数变化非常大，导致补偿不完善，严重影响解耦效果。如图5所示，其电机工作在1500r/min，q轴指令值阶跃变化，明显地，其d轴电流和q轴电流波动较大，达到稳态之前震荡明显。

题为“L.Harnefors and H.P.Nee.Model-based current control of ACmachines using the internal model control method”(IEEE Transactions onIndustryApplications,1998,vol.34,no.1,pp.133-141.)的文献，用内模控制器来代替传统的PI控制器，该方法具有较好的解耦效果，但它依赖于电机模型，而且在系统达到稳态前会出现震荡现象。如图6所示，其电机工作在1500r/min，q轴指令值阶跃变化，明显地，其明显地，其d轴电流和q轴电流波动较大，达到稳态之前震荡明显。

题为“周华伟，温旭辉，赵峰，等.基于内模的永磁同步电机滑模电流解耦控制”(中国电机工程学报,2012,32(15):91-99.)的文献在内模解耦控制的基础上引入滑模控制，提出了一种基于内模的滑模电流解耦控制策略，提高了系统在整个运动过程中对参数摄动和外部扰动的鲁棒性，但滑模控制存在抖振的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何在解耦控制过程中减小抖动。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种永磁同步电机电流解耦控制方法，所述方法包括：

步骤一：采集电机定子三相电流，经坐标变换获得电机在同步旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q；

步骤二：将d轴电流i_d输入到第一改进型ESO(extended state observer，扩张状态观测器)，将q轴电流i_q输入到第二改进型ESO；

步骤三：第一改进型ESO输出d轴电流i_d的观测值和d轴扩张状态量f_d的观测值d轴电流i_d的观测值与电流指令值i_d ^*比较后进行比例调节，输出d轴电压u_d，d轴扩张状态量f_d的观测值转换为电压量后与d轴电压u_d叠加形成d轴总电压，d轴总电压转换成电流返回给第一改进型ESO；所述第一改进型ESO中的误差观测函数为连续函数；

步骤四：第二改进型ESO输出q轴电流i_q的观测值和q轴扩张状态量f_q的观测值q轴电流i_q的观测值与电流指令值i_q ^*比较后进行比例调节，输出q轴电压u_q，q轴扩张状态量f_q的观测值转换为电压量后与q轴电压u_q叠加形成q轴总电压，q轴总电压转换成电流返回给第二改进型ESO；所述第二改进型ESO中的误差观测函数为连续函数；

步骤五：d轴总电压和q轴总电压均进行坐标反变换以及空间矢量脉宽调制，输出控制信号给逆变器，逆变器根据控制信号调整内部开关管的通断从而调整其输出。

在动态解耦控制过程中，改进型ESO中的误差观测函数采用连续函数，不存在切换点，可实现对全局误差区域的平滑计算，增益连续，消除了输出抖动问题，提高了ESO的性能。并且改进型ESO中只需考虑电机的电压电流值，不需要考虑电机的电阻、电感、尺寸等参数，同时对扰动起抑制作用。

优选的，所述步骤一包括：利用霍尔传感器采集电机定子A相电流i_a、定子B相电流i_b以及定子C相电流i_c，通过公式

进行坐标变换，获得电机在同步旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q；

其中，θ为转子位置角，cos()为余弦函数，sin()为正弦函数。

优选的，所述第一改进型ESO包括d轴模型和q轴模型，所述d轴模型为：

所述q轴模型为：

其中，ffal(e,α,ρ)为误差观测函数，且

e为输出值与观测值的误差；e_d为d轴输出值与观测值的误差；e_q为q轴输出值与观测值的误差；为的导数，为的导数，β₁、β₂、β₃、β₄为4个输出误差的增益；α₁、α₂、α₃、α₄为4个非线性因子；ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄为4个误差增益系数，b_d为d轴电感的倒数；b_q为q轴电感的倒数；为的导数，为的导数。

传统的误差观测函数是分段函数，存在切换点，在切换点处左右附近的导数即增益是不连续的，而本发明的误差观测函数是连续函数，不存在切换点，增益是连续的，所以不存在输出抖动的问题。

优选的，所述电机的数学模型等效为：

其中，γ_d为d轴总和扰动，γ_q为q轴总和扰动，γ_d＝-f_d/b_d，γ_q＝-f_q/b_q。等效后的永磁同步电机的数学模型可看作一个纯积分器，因此电流控制器选用纯比例调节器P。

优选的，所述步骤三中，转速与转子位置计算单元根据码盘的脉冲数计算转子的电角速度ω_r，电角速度ω_r与电角速度指令值ω_r ^*比较，比较后的结果进行PI调节，PI调节后输出电流指令值i_d ^*。

优选的，所述转速与转子位置计算单元根据公式计算电角速度ω_r，其中，N为光电式旋转编码器发出的脉冲数，M为光电式旋转编码器旋转一周所产生的脉冲数，P为电机极对数，T为预设采样周期。

本发明还提供一种永磁同步电机电流解耦控制装置，所述装置包括：

电流采集模块，用于采集电机定子三相电流，经坐标变换获得电机在同步旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q；

输入模块，用于将d轴电流i_d输入到第一改进型ESO，将q轴电流i_q输入到第二改进型ESO；

d轴总电压生成模块，用于第一改进型ESO输出d轴电流i_d的观测值和d轴扩张状态量f_d的观测值d轴电流i_d的观测值与电流指令值i_d ^*比较后进行比例调节，输出d轴电压u_d，d轴扩张状态量f_d的观测值转换为电压量后与d轴电压u_d叠加形成d轴总电压，d轴总电压转换成电流返回给第一改进型ESO；所述第一改进型ESO中的误差观测函数为连续函数；

q轴总电压生成模块，用于第二改进型ESO输出q轴电流i_q的观测值和q轴扩张状态量f_q的观测值q轴电流i_q的观测值与电流指令值i_q ^*比较后进行比例调节，输出q轴电压u_q，q轴扩张状态量f_q的观测值转换为电压量后与q轴电压u_q叠加形成q轴总电压，q轴总电压转换成电流返回给第二改进型ESO；所述第二改进型ESO中的误差观测函数为连续函数；

调制模块，用于将d轴总电压和q轴总电压均进行坐标反变换以及空间矢量脉宽调制，输出控制信号给逆变器，逆变器根据控制信号调整内部开关管的通断从而调整其输出。

优选的，所述电流采集模块还用于：利用霍尔传感器采集电机定子A相电流i_a、定子B相电流i_b以及定子C相电流i_c，通过公式

进行坐标变换，获得电机在同步旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q；

其中，θ为转子位置角，cos()为余弦函数，sin()为正弦函数。

优选的，所述第一改进型ESO包括d轴模型和q轴模型，所述d轴模型为：

所述q轴模型为：

其中，ffal(e,α,ρ)为误差观测函数，且

e为输出值与观测值的误差；e_d为d轴输出值与观测值的误差；e_q为q轴输出值与观测值的误差；为的导数，为的导数，β₁、β₂、β₃、β₄为4个输出误差的增益；α₁、α₂、α₃、α₄为4个非线性因子；ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄为4个误差增益系数，b_d为d轴电感的倒数；b_q为q轴电感的倒数；为的导数，为的导数。

传统的误差观测函数是分段函数，存在切换点，在切换点处左右附近的导数即增益是不连续的，而本发明的误差观测函数是连续函数，不存在切换点，增益是连续的，所以不存在输出抖动的问题。

优选的，所述电机的数学模型等效为：

其中，γ_d为d轴总和扰动，γ_q为q轴总和扰动，γ_d＝-f_d/b_d，γ_q＝-f_q/b_q。等效后的永磁同步电机的数学模型可看作一个纯积分器，因此电流控制器选用纯比例调节器P。

优选的，所述d轴总电压生成模块还用于：转速与转子位置计算单元根据码盘的脉冲数计算转子的电角速度ω_r，电角速度ω_r与电角速度指令值ω_r ^*比较，比较后的结果进行PI调节，PI调节后输出电流指令值i_d ^*。

优选的，所述转速与转子位置计算单元根据公式计算电角速度ω_r，其中，N为光电式旋转编码器发出的脉冲数，M为光电式旋转编码器旋转一周所产生的脉冲数，P为电机极对数，T为预设采样周期。

本发明的优点在于：

(1)在动态解耦控制过程中，改进型ESO中的误差观测函数采用连续函数，不存在切换点，可实现对全局误差区域的平滑计算，增益连续，消除了输出抖动问题，提高了ESO的性能。并且改进型ESO中只需考虑电机的电压电流值，不需要考虑电机的电阻、电感、尺寸等参数，同时对扰动起抑制作用。

(2)与传统电流解耦控制方案相比，本发明不需要考虑电机的电阻、电感、尺寸等参数，较好地解决了因为电机参数变化而导致的动态解耦效果较差的问题，提高了系统对电机参数的鲁棒性。

(3)本发明中通过将改进型ESO用于电流环回路中，永磁同步电机的数学模型经动态补偿后等效为纯积分环节，可以简化看做一个纯积分器，因此电流控制器选择纯比例调节器，电流控制器不需要采用PI调节，显著简化了电流控制器的设计，工程实现更方便。

(4)本发明对系统总和扰动的观测不依赖于电机的具体模型，无需知道电机的参数，只需要了解电机的电压电流信息，即可实现d-q轴电流之间的动态解耦，避免在系统运行中，由于电机参数变化非常大而导致补偿不完善继而严重影响解耦效果的问题。

附图说明

图1为本发明实施例所公开的一种永磁同步电机电流解耦控制方法中基于改进型ESO的电机电流解耦控制系统结构框图；

图2为本发明实施例所公开的一种永磁同步电机电流解耦控制方法中改进型ESO结构图；

图3为本发明实施例所公开的一种永磁同步电机电流解耦控制方法中传统误差观测函数fal与新型误差观测函数ffal的二维曲线对比图；

图4为本发明实施例所公开的一种永磁同步电机电流解耦控制方法中永磁同步电机的数学模型经动态补偿后等效的电机模型的结构图；

图5为现有技术的电流反馈解耦控制的电流变化示意图；

图6为现有技术的内模解耦控制的电流变化示意图；

图7为本发明实施例所公开的一种永磁同步电机电流解耦控制方法中电流变化示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种永磁同步电机电流解耦控制方法，所述方法包括：

步骤一：逆变器将直流电转换为交流电输送给电机，图1中PMSM表示电机的模型，然后利用霍尔传感器采集电机定子A相电流i_a、定子B相电流i_b以及定子C相电流i_c，通过公式

进行坐标变换，获得电机在同步旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q；

其中，θ为转子位置角，cos()为余弦函数，sin()为正弦函数。图2中将三相交流电转换为同步旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q先将三相静止坐标转换为两相静止坐标即图示3S/2S，然后再将两相静止坐标转换为两相旋转坐标即2S/2r，转换以后输出d轴电流i_d和q轴电流i_q。

步骤二：将d轴电流i_d输入到第一改进型ESO，将q轴电流i_q输入到第二改进型ESO；

其中，第一改进型ESO和第二改进型ESO相同，只是为了加以区分用第一第二来表示，下面介绍所述第一改进型ESO，如图2所示，为改进型ESO的结构图，图中plant为电机模型，b_d,q为d、q轴电感的倒数；表示积分运算，u_d,q为d、q轴电压；为d、q轴电流的观测值；d、q轴扩张状态量的观测值为图2只是展示模型的拓扑结构，下面介绍模型的具体公式，第一改进型ESO包括d轴模型和q轴模型，所述d轴模型为：

所述q轴模型为：

其中，ffal(e,α,ρ)为误差观测函数，且

为d轴电流i_d的观测值，为d轴扩张状态量f_d的观测值，为q轴电流i_q的观测值和为q轴扩张状态量f_q的观测值，u_d为d轴电压，u_q为q轴电压，e为输出值与观测值的误差；e_d为d轴输出值与观测值的误差；e_q为q轴输出值与观测值的误差；为的导数，为的导数，β₁、β₂、β₃、β₄为4个输出误差的增益；α₁、α₂、α₃、α₄为4个非线性因子；ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄为4个误差增益系数，b_d为d轴电感的倒数；b_q为q轴电感的倒数；为的导数，为的导数。需要注意的是，α参数相对比较固定，一般选取[0，1]，在本发明中采用的是二阶扩张状态观测器，α可选取为0.5，选取ρ＞1；β₁、β₂、β₃、β₄、α₁、α₂、α₃、α₄以及ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄均为预设的常数。

传统的误差观测函数fal(e,α,δ)是分段函数，它在±δ处具有非光滑特性，即存在表达式的切换，容易造成输出抖动问题。误差观测遵循“大误差时小增益，小误差时大增益”的特点，而反正切函数在误差全局范围是光滑可导的，其输出值符号与误差相同，同时其满足“大误差时小增益，小误差时大增益”的特点，因此本发明引用了反正切函数，提出了一种新型误差观测函数，该误差观测函数是连续函数，不存在切换点，增益是连续的，实现了对全局误差区域的平滑计算，所以不存在输出抖动的问题，从而提高扩张状态观测器的性能。选α＝0.5,δ＝0.01,ρ＝5000，画出两种误差观测函数二维曲线对比图，如图3所示。新型误差观测函数ffal(e₁,α,ρ)有两个控制参数α、ρ，其在误差全局趋于平滑。相对于传统的误差观测函数的优点在于：取消了分段误差函数δ，消除了反复切换过程。通过调节控制参数ρ，可获得比传统误差观测函数更陡峭的响应速度步骤三：利用上述改进型的模型对系统进行观测，观测以后，第一改进型ESO输出d轴电流i_d的观测值和d轴扩张状态量f_d的观测值d轴电流i_d的观测值与电流指令值i_d ^*输入一个比较器比较后再将比较结果输入纯比例调节器P₁进行比例调节，输出d轴电压u_d，d轴扩张状态量f_d的观测值乘以1/b_d转换为电压量后与d轴电压u_d叠加形成d轴总电压，d轴总电压乘以b_d转换成电流返回给第一改进型ESO；

转速与转子位置计算单元根据码盘的脉冲数计算转子的电角速度ω_r，电角速度ω_r与电角速度指令值ω_r ^*输入一个比较器比较，比较后的结果进行PI调节器进行调节，PI调节后输出电流指令值i_d ^*。具体的，转速与转子位置计算单元根据公式计算电角速度ω_r，其中，N为光电式旋转编码器发出的脉冲数，M为光电式旋转编码器旋转一周所产生的脉冲数，P为电机极对数，T为预设采样周期。需要注意的是，转速与转子位置计算单元还能够检测转子位置角θ，转子位置角θ作为坐标变换单元(2r/2s、2s/2r)进行坐标变换的参数。

步骤四：第二改进型ESO输出q轴电流i_q的观测值和q轴扩张状态量f_q的观测值q轴电流i_q的观测值与电流指令值i_q ^*输入一个比较器比较后将比较结果输入一个纯比例调节器P₂进行比例调节，输出q轴电压u_q，q轴扩张状态量f_q的观测值转换为电压量后与q轴电压u_q叠加形成q轴总电压，q轴总电压转换成电流返回给第二改进型ESO；

步骤五：d轴总电压和q轴总电压均进行坐标反变换，此处坐标反变换即图1中的2r/2S(两相旋转坐标转换为两相静止坐标)，坐标转换以后进行空间矢量脉宽调制(SVPWM，Space VectorPulse Width Modulation)，输出控制信号给逆变器，逆变器根据控制信号调整内部开关管的通断从而调整其输出。

传统的电机的数学模型为：

其中，L_d为d轴电感，L_q为q轴电感；R_s为定子电阻；ψ_f为永磁体磁链；w_e为转子电角速度；w_eΔL_di_d为d轴间存在的电流交叉耦合；w_eΔL_qi_q为q轴间存在的电流交叉耦合；d_d为d轴的预设的不确定量；d_q为d轴的预设的不确定量；ΔR_s为定子电阻值与定子电阻标称值之间的偏差量，ΔL_d为d轴电感与d轴电感标称值之间的偏差量，ΔL_q为q轴电感与q轴电感标称值之间的偏差量，Δψ_f为永磁体磁链与永磁体磁链标称值之间的偏差量；ε_d为d轴外部扰动及未建模零件的等效值、ε_q为q轴外部扰动及未建模零件的等效值；

传统的电机的数学模型用状态空间方程表示：

其中：b_d为d轴电感值的倒数；b_q为q轴电感值的倒数。把f_d、f_q的实时作用量分别扩充成新的状态变量，记则电机模型可扩充成新的模型

根据传统电机模型建立传统扩张状态观测器，分别对状态量i_d、f_d和i_q、f_q进行观测。

而本申请中采用的电机模型经过改进型ESO动态补偿以后电机模型可等效为纯积分环节，如图4所示，为永磁同步电机的数学模型经动态补偿后等效的模型的结构图，所述永磁同步电机的数学模型经动态补偿后等效为：

其中，γ_d为d轴总和扰动，γ_q为q轴总和扰动，γ_d＝-f_d/b_d，γ_q＝-f_q/b_q。等效后的永磁同步电机的数学模型可看作一个纯积分器，因此电流控制器选用纯比例调节器P。

本发明的工作过程和工作原理为：改进型ESO将观测到的扰动量转换成电压补偿量，将这个电压补偿量与q轴电压或者d轴电压叠加形成q轴或者d轴总电压，总电压输入逆变器将转换后输入给电机，由于总电压带有补偿量，能够抵消电机内部的干扰量，消除干扰，而补偿量的产生是直接通过改进型ESO观测得到的扰动换算而来，改进型ESO由于其误差观测函数是连续的，不存在切换点，能够进行平滑计算，消除输出的抖动，同时，改进型ESO观测误差时不需要知道电机的各项参数，只需知道电压电流信息即可，避免由于电机参数变化非常大而导致补偿不完善进而严重影响解耦效果的问题。如图7所示，本发明电机工作在1500r/min，q轴指令值阶跃变化，d轴电流和q轴电流基本无毛刺，电流曲线平缓，与现有技术相比，震荡极小，动态补偿完善，解耦效果好。

实施例2

与发明实施例1相对应，本发明实施例2提供一种永磁同步电机电流解耦控制装置，所述装置包括：

电流采集模块，用于采集电机定子三相电流，经坐标变换获得电机在同步旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q；

输入模块，用于将d轴电流i_d输入到第一改进型ESO，将q轴电流i_q输入到第二改进型ESO；

d轴总电压生成模块，用于第一改进型ESO输出d轴电流i_d的观测值和d轴扩张状态量f_d的观测值d轴电流i_d的观测值与电流指令值i_d ^*比较后进行比例调节，输出d轴电压u_d，d轴扩张状态量f_d的观测值转换为电压量后与d轴电压u_d叠加形成d轴总电压，d轴总电压转换成电流返回给第一改进型ESO；所述第一改进型ESO中的误差观测函数为连续函数；

q轴总电压生成模块，用于第二改进型ESO输出q轴电流i_q的观测值和q轴扩张状态量f_q的观测值q轴电流i_q的观测值与电流指令值i_q ^*比较后进行比例调节，输出q轴电压u_q，q轴扩张状态量f_q的观测值转换为电压量后与q轴电压u_q叠加形成q轴总电压，q轴总电压转换成电流返回给第二改进型ESO；所述第二改进型ESO中的误差观测函数为连续函数；

调制模块，用于将d轴总电压和q轴总电压均进行坐标反变换以及空间矢量脉宽调制，输出控制信号给逆变器，逆变器根据控制信号调整内部开关管的通断从而调整其输出。

具体的，所述电流采集模块还用于：利用霍尔传感器采集电机定子A相电流i_a、定子B相电流i_b以及定子C相电流i_c，通过公式

进行坐标变换，获得电机在同步旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q；

其中，θ为转子位置角，cos()为余弦函数，sin()为正弦函数。

具体的，所述电机为永磁同步电机，所述电机的数学模型为：

其中，L_d为d轴电感，L_q为q轴电感；R_s为定子电阻；ψ_f为永磁体磁链；w_e为转子电角速度；w_eΔL_di_d为d轴间存在的电流交叉耦合；w_eΔL_qi_q为q轴间存在的电流交叉耦合；d_d为d轴的预设的不确定量；d_q为d轴的预设的不确定量；ΔR_s为定子电阻值与定子电阻标称值之间的偏差量，ΔL_d为d轴电感与d轴电感标称值之间的偏差量，ΔL_q为q轴电感与q轴电感标称值之间的偏差量，Δψ_f为永磁体磁链与永磁体磁链标称值之间的偏差量；ε_d为d轴外部扰动及未建模零件的等效值、ε_q为q轴外部扰动及未建模零件的等效值；

永磁同步电机的数学模型经动态补偿后等效为：

其中，γ_d为d轴总和扰动，γ_q为q轴总和扰动，γ_d＝R_si_d+ω_eΔL_qi_q+ω_eψ_f+d_d，γ_q＝R_si_q+ω_eΔL_di_d+ω_eψ_f+d_q。

具体的，所述第一改进型ESO包括d轴模型和q轴模型，所述d轴模型为：

所述q轴模型为：

其中，ffal(e,α,ρ)为误差观测函数，且

e为输出值与观测值的误差；e_d为d轴输出值与观测值的误差；e_q为q轴输出值与观测值的误差；为的导数，为的导数，β₁、β₂、β₃、β₄为4个输出误差的增益；α₁、α₂、α₃、α₄为4个非线性因子；ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄为4个误差增益系数，b_d为d轴电感的倒数；b_q为q轴电感的倒数；为的导数，为的导数。

具体的，所述d轴总电压生成模块还用于：转速与转子位置计算单元根据码盘的脉冲数计算转子的电角速度ω_r，电角速度ω_r与电角速度指令值ω_r ^*比较，比较后的结果进行PI调节，PI调节后输出电流指令值i_d ^*。

具体的，所述转速与转子位置计算单元根据公式计算电角速度ω_r，其中，N为光电式旋转编码器发出的脉冲数，M为光电式旋转编码器旋转一周所产生的脉冲数，P为电机极对数，T为预设采样周期。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机电流解耦控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一：采集电机定子三相电流，经坐标变换获得电机在同步旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q；

步骤二：将d轴电流i_d输入到第一改进型ESO，将q轴电流i_q输入到第二改进型ESO；

步骤三：第一改进型ESO输出d轴电流i_d的观测值和d轴扩张状态量f_d的观测值d轴电流i_d的观测值与电流指令值i_d ^*比较后进行比例调节，输出d轴电压u_d，d轴扩张状态量f_d的观测值转换为电压量后与d轴电压u_d叠加形成d轴总电压，d轴总电压转换成电流返回给第一改进型ESO；所述第一改进型ESO中的误差观测函数为连续函数；

步骤四：第二改进型ESO输出q轴电流i_q的观测值和q轴扩张状态量f_q的观测值q轴电流i_q的观测值与电流指令值i_q ^*比较后进行比例调节，输出q轴电压u_q，q轴扩张状态量f_q的观测值转换为电压量后与q轴电压u_q叠加形成q轴总电压，q轴总电压转换成电流返回给第二改进型ESO；所述第二改进型ESO中的误差观测函数为连续函数；

步骤五：d轴总电压和q轴总电压均进行坐标反变换以及空间矢量脉宽调制，输出控制信号给逆变器，逆变器根据控制信号调整内部开关管的通断从而调整其输出。

2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机电流解耦控制方法，其特征在于，所述步骤一包括：利用霍尔传感器采集电机定子A相电流i_a、定子B相电流i_b以及定子C相电流i_c，通过公式

进行坐标变换，获得电机在同步旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q；

其中，θ为转子位置角，cos()为余弦函数，sin()为正弦函数。

3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机电流解耦控制方法，其特征在于，所述第一改进型ESO包括d轴模型和q轴模型，所述d轴模型为：

所述q轴模型为：

其中，ffal(e,α,ρ)为误差观测函数，且

e为输出值与观测值的误差；e_d为d轴输出值与观测值的误差；e_q为q轴输出值与观测值的误差；为的导数，为的导数，β₁、β₂、β₃、β₄为4个输出误差的增益；α₁、α₂、α₃、α₄为4个非线性因子；ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄为4个误差增益系数，b_d为d轴电感的倒数；b_q为q轴电感的倒数；为的导数，为的导数。

4.根据权利要求3所述的一种永磁同步电机电流解耦控制方法，其特征在于，所述电机的数学模型等效为：

其中，γ_d为d轴总和扰动，γ_q为q轴总和扰动，γ_d＝-f_d/b_d，γ_q＝-f_q/b_q。

5.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机电流解耦控制方法，其特征在于，所述步骤三中，转速与转子位置计算单元根据码盘的脉冲数计算转子的电角速度ω_r，电角速度ω_r与电角速度指令值ω_r ^*比较，比较后的结果进行PI调节，PI调节后输出电流指令值i_d ^*。

6.根据权利要求5所述的一种永磁同步电机电流解耦控制方法，其特征在于，所述转速与转子位置计算单元根据公式计算电角速度ω_r，其中，N为光电式旋转编码器发出的脉冲数，M为光电式旋转编码器旋转一周所产生的脉冲数，P为电机极对数，T为预设采样周期。

7.一种永磁同步电机电流解耦控制装置，其特征在于，所述装置包括：

电流采集模块，用于采集电机定子三相电流，经坐标变换获得电机在同步旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q；

输入模块，用于将d轴电流i_d输入到第一改进型ESO，将q轴电流i_q输入到第二改进型ESO；

d轴总电压生成模块，用于第一改进型ESO输出d轴电流i_d的观测值和d轴扩张状态量f_d的观测值d轴电流i_d的观测值与电流指令值i_d ^*比较后进行比例调节，输出d轴电压u_d，d轴扩张状态量f_d的观测值转换为电压量后与d轴电压u_d叠加形成d轴总电压，d轴总电压转换成电流返回给第一改进型ESO；所述第一改进型ESO中的误差观测函数为连续函数；

q轴总电压生成模块，用于第二改进型ESO输出q轴电流i_q的观测值和q轴扩张状态量f_q的观测值q轴电流i_q的观测值与电流指令值i_q ^*比较后进行比例调节，输出q轴电压u_q，q轴扩张状态量f_q的观测值转换为电压量后与q轴电压u_q叠加形成q轴总电压，q轴总电压转换成电流返回给第二改进型ESO；所述第二改进型ESO中的误差观测函数为连续函数；

调制模块，用于将d轴总电压和q轴总电压均进行坐标反变换以及空间矢量脉宽调制，输出控制信号给逆变器，逆变器根据控制信号调整内部开关管的通断从而调整其输出。

8.根据权利要求7所述的一种永磁同步电机电流解耦控制装置，其特征在于，所述电流采集模块还用于：利用霍尔传感器采集电机定子A相电流i_a、定子B相电流i_b以及定子C相电流i_c，通过公式

进行坐标变换，获得电机在同步旋转坐标系下的d轴电流i_d和q轴电流i_q；

其中，θ为转子位置角，cos()为余弦函数，sin()为正弦函数。

9.根据权利要求7所述的一种永磁同步电机电流解耦控制方法，其特征在于，所述第一改进型ESO包括d轴模型和q轴模型，所述d轴模型为：

所述q轴模型为：

其中，ffal(e,α,ρ)为误差观测函数，且

e为输出值与观测值的误差；e_d为d轴输出值与观测值的误差；e_q为q轴输出值与观测值的误差；为的导数，为的导数，β₁、β₂、β₃、β₄为4个输出误差的增益；α₁、α₂、α₃、α₄为4个非线性因子；ρ₁、ρ₂、ρ₃、ρ₄为4个误差增益系数，b_d为d轴电感的倒数；b_q为q轴电感的倒数；为的导数，为的导数。

10.根据权利要求9所述的一种永磁同步电机电流解耦控制装置，其特征在于，所述电机的数学模型等效为：

其中，γ_d为d轴总和扰动，γ_q为q轴总和扰动，γ_d＝-f_d/b_d，γ_q＝-f_q/b_q。