CN110798113B - 一种永磁同步电机相位补偿器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种永磁同步电机相位补偿器，属于电机控制技术领域，其特征在于含有一个转速指令限幅器、一个一阶惯性环节、一个映射函数、一个位置传感器和一个加法器。对于电机频繁加减速的运行工况，传统的电机相位控制与校正方法存在滞后问题，本发明提出了一种永磁同步电机相位前馈补偿方案，利用电机的特征模型估计电机在控制指令作用下的转速变化，根据离线测量的电机转速与相位滞后角的对应关系和转速估计值可得到电机当前所需的相位补偿角，将其与电机当前的电角度求和作为电机控制器中Park逆变换的坐标变换参数，可快速补偿电机加减速过程中的相位滞后问题，简单实用，且不会影响系统稳定性。
Description
技术领域
本发明属于电机控制技术领域，涉及一种永磁同步电机相位前馈补偿方案。
背景技术
永磁同步电机在运行过程中电枢电流与感应反电动势之间存在相位偏差，出现电枢电流相位滞后问题，影响系统性能和运行效率。电枢电流相位滞后的大小与电机转速和负载等因素有关，为消除电流滞后问题的影响，一般采用基于转子坐标系的电流控制方法改善电枢电流相位滞后问题。为保证电流环闭环控制效果，直轴和交轴电流控制律在设计过程中一般会采用积分控制，导致相位校正的动态响应性能有限。在电机频繁加减速的过程中，基于转子坐标系的电流控制方法难以有效进行电枢电流相位滞后校正。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种永磁同步电机相位前馈补偿方案，以解决电机加减速过程中电流相位滞后难以补偿的问题。
一种永磁同步电机相位补偿器，其特征在于含有一个转速指令限幅器、一个一阶惯性环节、一个映射函数、一个位置传感器和一个加法器；其中：
所述转速指令限幅器用于将转速控制指令限定在合理区间内，其输入信号为转速控制指令ωc，根据电机转速限幅值对转速控制指令ωc进行限幅运算，得到所述转速指令限幅器的输出信号
作为所述一阶惯性环节的输入信号；
所述一阶惯性环节用于预测电机在转速控制指令的作用下转速响应过程，根据其输入信号
和当前的状态计算得到电机的转速估计值
作为所述一阶惯性环节的输出信号；
所述映射函数用于实现电机转速与相位补偿角的映射关系f(x)，其输入信号为所述一阶惯性环节的输出信号
根据
和映射关系f(x)计算得到电机当前所需的相位补偿角
作为所述映射函数的输出信号；
所述位置传感器用于测量电机的电角度θ，作为所述位置传感器的输出信号；
所述加法器用于实现电机的电角度θ与相位补偿角
的求和运算，得到求和结果
给至电机控制器的矢量变换模块，作为其中Park-1变换部分的坐标变换参数。
可选的，所述的一阶惯性环节含有一个减法器、一个比例环节、一个角加速度限幅器和一个积分器，其中：
所述减法器用于实现所述一阶惯性环节的输入信号
与所述一阶惯性环节的输出信号
的相减运算，得到计算结果
作为所述比例环节的输入信号；
所述比例环节根据其输入信号Δ和比例参数计算得到所述比例环节的输出信号
作为所述角加速度限幅器的输入信号；
所述角加速度限幅器其根据输入信号
和电机角加速度限幅值进行限幅运算，得到电机角加速度信号的估计值
作为所述角加速度限幅器的输出信号；
所述积分器的输入信号为所述角加速度限幅器的输出信号
对其进行积分运算后得到电机转速的估计值
作为所述一阶惯性环节的输出信号。
可选的，所述的映射函数通过线性插值的方式实现，即：首先离线测量电机不同转速与相位滞后角的对应关系，建立映射表格；其次在线运行过程中通过线性插值方式求解当前转速估计值对应的相位滞后角估计值，然后取相位滞后角估计值的幅值作为相位补偿角
即所述的映射函数的输出信号。
本发明采用以上技术方案即可实现电机加减速运行过程中电流相位补偿问题，该永磁同步电机相位前馈补偿方案通过预测电机的转速变化，根据离线测量的电机转速与相位滞后角的对应关系，在线预测电机当前所需的相位补偿角进行超前补偿。本发明通过前馈的方式提前补偿电机转速对电流相位滞后角的影响，改善电机运行性能和效率，具有简单实用，不影响系统稳定性等优点。
附图说明
图1：本发明相位补偿方案框图。
图2：一阶惯性环节方案框图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明，此处所说明的方案只用来提供对本发明的进一步理解，为本申请的一部分，不构成对本发明方案的限定。
本实施例以三相永磁同步电机为例进行介绍，包含U、V、W三相绕组，任意两相绕组电角度相差120°，采用旋转变压器测量电机的电角度和转速。转速控制指令由外部数字总线定时传输至控制处理器，控制处理器采用美国德州仪器公司(Texas Instruments，简称TI)的TMS320F28xxTM系列数字信号处理芯片，内部含有定时中断源。首先，采用开环控制方式，让电机运行在不同转速情况下，测试电机的相位滞后角大小，建立电机转速与相位滞后角的映射关系。其次，在转速和电流闭环控制条件下，根据电机转速动态响应数据，确定由转速控制指令至电机转速响应的一阶惯性环节模型参数。然后，按照以下步骤实现永磁同步电机相位前馈补偿：
(1)初始化：根据电机性能设置转速指令限幅值、角加速度限幅值、一阶惯性环节模型参数，设置系统控制周期Ts，并实现电机转速和电流控制律；
(2)控制处理器按照设置的转速指令限幅值对外部给定的转速控制指令进行限幅运算，得到
(3)控制处理器通过一阶惯性环节预测电机的转速变化，首先计算一阶惯性环节的输入信号
与当前一阶惯性环节的输出信号
的差值
其次利用一阶惯性环节模型参数计算
然后根据电机角加速度限幅值对
进行限幅得到电机角加速度估计值
对
进行积分后得到电机转速估计值
(4)根据离线建立的电机转速与相位滞后角的映射关系，利用电机转速估计值
通过线性插值方式估计电机的相位滞后角，然后取相位滞后角估计值的幅值作为相位补偿角
(5)读取位置传感器测量的电机电角度θ，将
给至电机控制器的矢量变换模块，作为其中Park-1变换部分的坐标变换参数，从而实现电流相位的超前补偿。
通过以上步骤即可实现永磁同步电机相位前馈补偿。以上所述的具体实施方法，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明方法的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种永磁同步电机相位补偿器，其特征在于含有一个转速指令限幅器、一个一阶惯性环节、一个映射函数、一个位置传感器和一个加法器；其中：
所述转速指令限幅器用于将转速控制指令限定在合理区间内，其输入信号为转速控制指令ωc，根据电机转速限幅值对转速控制指令ωc进行限幅运算，得到所述转速指令限幅器的输出信号
作为所述一阶惯性环节的输入信号；
所述一阶惯性环节用于预测电机在转速控制指令的作用下转速响应过程，根据其输入信号
和当前的状态计算得到电机的转速估计值
作为所述一阶惯性环节的输出信号；
所述映射函数用于实现电机转速与相位补偿角的映射关系f(x)，其输入信号为所述一阶惯性环节的输出信号
根据
和映射关系f(x)计算得到电机当前所需的相位补偿角
作为所述映射函数的输出信号；
所述位置传感器用于测量电机的电角度θ，作为所述位置传感器的输出信号；
所述加法器用于实现电机的电角度θ与相位补偿角
的求和运算，得到求和结果
给至电机控制器的矢量变换模块，作为其中Park-1变换部分的坐标变换参数。
2.根据权利要求1中所述永磁同步电机相位补偿器，其特征在于，所述的一阶惯性环节含有一个减法器、一个比例环节、一个角加速度限幅器和一个积分器，其中：
所述减法器用于实现所述一阶惯性环节的输入信号
与所述一阶惯性环节的输出信号
的相减运算，得到计算结果
作为所述比例环节的输入信号；
所述比例环节根据其输入信号Δ和比例参数计算得到所述比例环节的输出信号
作为所述角加速度限幅器的输入信号；
所述角加速度限幅器其根据输入信号
和电机角加速度限幅值进行限幅运算，得到电机角加速度信号的估计值
作为所述角加速度限幅器的输出信号；
所述积分器的输入信号为所述角加速度限幅器的输出信号
对其进行积分运算后得到电机转速的估计值
作为所述一阶惯性环节的输出信号。
3.根据权利要求1中所述永磁同步电机相位补偿器，其特征在于，所述的映射函数通过线性插值的方式实现，即：首先离线测量电机不同转速与相位滞后角的对应关系，建立映射表格；其次在线运行过程中通过线性插值方式求解当前转速估计值对应的相位滞后角估计值，然后取相位滞后角估计值的幅值作为相位补偿角
即所述的映射函数的输出信号。
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