CN111211720B - 永磁同步电机控制器电流环pi参数整定方法 - Google Patents

永磁同步电机控制器电流环pi参数整定方法 Download PDF

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Abstract

本发明的公开一种永磁同步电机控制器电流环PI参数整定方法是：S100建立永磁同步电机控制器模型，初步确定PI参数；S200获取电机转子磁链与位置传感器的零位偏移角度；S300检测电机，获取电机参数；S400拖动电机转动，根据电机参数优化电流环PI参数，加入反感应电动势前馈控制，调整电机角速度滤波系数，实现电流环带宽要求。本发明通过建立永磁同步电机控制器模型，初步确定PI参数，与直接在永磁同步电机上测试的方法相比，可忽略反电动势的影响，可以不考虑电机与位置传感器之间的偏移角度的影响。

Description

永磁同步电机控制器电流环PI参数整定方法
技术领域
本发明属于电机控制技术，具体涉及一种电机控制器电流环PI参数整定方法。
背景技术
永磁同步电机由于其高功率密度、高效率等特点，在电动汽车驱动系统中得到了广泛的应用。永磁同步电机电流环控制的优良，决定着电动汽车转矩和转速控制性能。永磁同步电机矢量控制方法中，为减小电流环PI控制器的负荷、增加电流环带宽，通常需要加入反感应电动势前馈控制。如果反感应电动势计算准确，电流环PI参数的整定将与其无关，但实际中，反感应电动势的计算，受转速计算与永磁磁链参数变化的影响，对电流环PI参数的整定带来困难。
CN109756166A公开的永磁同步电机双闭环矢量控制PI调节器参数整定方法，解决的是转速环PI调节器PI参数整定。
如何实现永磁同步电机控制器电流环PI参数整定简化，同时减少整定过程的干扰，是本领域需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种满足电流环带宽要求的永磁同步电机控制器电流环PI参数整定方法，降低整定过程的干扰影响。
本发明的技术方案为：永磁同步电机控制器电流环PI参数整定方法是：
S100建立永磁同步电机控制器模型，初步确定PI参数；
S300检测电机，获取电机参数；
S400拖动电机转动，根据电机参数优化电流环PI参数，加入反感应电动势前馈控制，调整电机角速度滤波系数，实现电流环带宽要求。
本发明通过建立永磁同步电机控制器模型，初步确定PI参数，与直接在永磁同步电机上测试的方法相比，可忽略反电动势的影响，可以不考虑电机与位置传感器之间的偏移角度的影响。
上述建立永磁同步电机控制器模型是用Y型接法的三相电抗器代替永磁同步电机，初步确定电流环PI参数。
进一步的方案是：通过电流环，给定正向的直轴电流，测量电机转子永磁磁链与位置传感器的零位偏移角度。
进一步的方案是：所述S300检测电机，获取电机参数的方法是：在电机不进行散热条件下，拖动电机运行至最大运行温度后停机，测功机拖动电机以固定转速运行，直到电机温度降至常温，获取不同温度下对应的电压值；进而得到不同温度下的磁链值。
上述方法得到不同温度下的磁链值，从而获得准确磁链参数。
加入反感应电动势前馈控制包括：测功机以固定的转速转动，获取稳定的反感应电动势。
进一步的方案是：根据电机参数优化电流环PI参数是：利用电机电感参数，利用最优相位裕度和幅值裕度的方法，调整电流环PI参数。
进一步的方案是：调整电机角速度滤波系数是：以波动转速拖动电机转动，实施调整角速度滤波系数。
本发明在参数整定时，具有实验平台搭建方便，测试过程安全，参数整定简单的优点。初步调试好电流环路PI参数后，再将控制器和电机安装到台架上，加入反电动势前馈控制，进行优化测试，节省了台架的占用时间。
附图说明
图1永磁同步电机电流环PI参数整定流程图；
图2永磁同步电机控制器外接电抗器电路图；
图3永磁同步电机电流环系统结构图；
图4永磁同步电机永磁磁链参数测试流程图；
图5永磁同步电机参数优化测试流程图；
具体实施方式
下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
如图1所示，S100建立永磁同步电机控制器模型，初步确定PI参数，即在不考虑电压前馈的情况下，利用电抗器构建永磁同步电机控制器模型。具体的是，用Y型接法的三相电抗器代替永磁同步电机，如图2所示，
为Y型接法的三相电抗器与控制器的接线方法，图中U、V、W是电机控制器的三相交流输出端口，R1、R2、R3为电抗器的内阻，L1、L2、L3为电抗器的电感，且有L1＝L2＝L3＝L，R1＝R2＝R3＝R。
进行电流环PI参数初步调试：
三相电抗器代替永磁同步电机理论依据
永磁同步电机在dq旋转坐标系下的数学模型：
Figure BDA0002345760430000036
其中：e＝ωmψf
式中:Rs是定子相电阻，ωm是电机转子电角速度，ψf是电机转子磁链，e是电机的反感应电动势，Ld、Lq为定子d轴和q轴电感分量，udm、uqm为定子d轴和q轴电压分量，idm、iqm为定子d轴和q轴电流分量Y型接法三相电抗器在dq旋转坐标系下的数学模型：
Figure BDA0002345760430000031
式中:R是电抗器内阻，ω是模拟的电机电角速度，L为电抗器电感，udi、uqi为电抗器d轴和q轴电压分量，idi、iqi为电抗器d轴和q轴电流分量由以上数学模型可知，二者的区别在于，永磁同步电机数学模型中存在反感应电动势e。用电抗器代替永磁同步电机，可以忽略反感应电动势对电流环的影响，使PI参数整定简单化，同时也有利于电流反馈的滤波系数的确定。
由此搭建电流环结构如图3所示，图中，忽略电抗器耦合，电抗器的传递函数：
Figure BDA0002345760430000032
PI控制器的传递函数：
Figure BDA0002345760430000033
变器的传递函数可写为：
Figure BDA0002345760430000034
其中Ts为开关频率；电流一阶滤波环节传递函数可写为：
Figure BDA0002345760430000035
其中ωn为截止频率，以最优相位裕度和幅值裕度的方法，计算Kp和Ki，在电抗器上进行测试。
S200获取电机转子磁链与位置传感器的零位偏移角度；测量电机转子磁链与位置传感器的零位偏移角度，通过电流环，给电机进行增磁控制，以得到准确的零位偏移角度。对于电机转子磁链与位置传感器的零位偏移角度符合要求的电机，则无需调整零位偏移角度。
S300检测电机，获取电机参数；主要测量电感、电阻和磁链参数，针对磁链参数，需要根据不同的电机温度进行测量。具体如下图4所示，获取电机参数的方法是：在电机不进行散热条件下，拖动电机运行至最大运行温度后停机，测功机拖动电机以固定转速运行，直到电机温度降至常温，获取不同温度下对应的电压值；进而得到不同温度下的磁链值。即第一步，将电机安装到台架上，关闭散热设备，不给电机进行加散热，测功机拖动电机低转速运行，电流环控制电机输出固定的转矩电流Iq，使电机温度升至最大运行温度点，然后停机；第二步，测功机拖动电机运行于设定转速，用示波器测量电机线电压波形，记录电压峰值和此刻的电机温度，直到电机温度降至常温；第三步，根据转速和电压峰值，计算电机磁链值，用不同温度下的磁链数据，拟合成曲线，最后制作成可用于查表方法的一维表格。
S400拖动电机转动，根据电机参数优化电流环PI参数，加入反感应电动势前馈控制，调整电机角速度滤波系数，实现电流环带宽要求。具体的如图5所示：S401：测功机以固定的转速拖动电机转动，基于检测得到的电机电感参数，采用最优相位裕度和幅值裕度的方法，调整电流环PI参数。以满足带宽要求；S402：在利用测功机以波动的转速(可以是固定变化率的转速波动)拖动电机转动，加入反感应电动势前馈控制；通过调整角速度滤波系数，以满足电流环带宽控制需求。角速度滤波系数是以角速度一阶低通滤波环节的截止频率确定，滤波器截止频率通过常规测试调整确定。
对于反感应电动势前馈的反感应电动势的确定方法如下：由式(1)可知，反感应电动势e＝ωmψf，程序中，电角速度ωm是根据单个矢量控制周期内转动的电角度差来计算的，由于采样精度和计算精度问题，ωm会存在高频纹波，需要经过低通滤波器处理，而滤波器截止频率设定的合理性，直接影响到反感应电动势的实时性。磁链ψf可进行离线测量，而ψf的大小由磁性材料特性决定，当环境温度变大时，ψf会非线性减小，因此需要根据电机内部温度，准确测量出相应的磁链值，在程序中用查表的方法选取磁链值，以提高反感应电动势的准确性。

Claims (6)

1.一种永磁同步电机控制器电流环PI参数整定方法，其特征是：
S100建立永磁同步电机控制器模型，初步确定PI参数；
S200获取电机转子磁链与位置传感器的零位偏移角度；测量电机转子磁链与位置传感器的零位偏移角度，通过电流环，给电机进行增磁控制，以得到准确的零位偏移角度；
S300检测电机，获取电机参数；所述电机参数包括电感、电阻和磁链参数；所述获取电机参数的方法是：在电机不进行散热条件下，拖动电机运行至最大运行温度后停机，测功机拖动电机以固定转速运行，直到电机温度降至常温，获取不同温度下对应的电压值， 进而得到不同温度下的磁链值；
S400拖动电机转动，根据电机参数优化电流环PI参数，加入反感应电动势前馈控制，调整电机角速度滤波系数，实现电流环带宽要求。
2.如权利要求1所述永磁同步电机控制器电流环PI参数整定方法，其特征是：建立永磁同步电机控制器模型是Y型接法的三相电抗器与控制器进行连接。
3.如权利要求1所述永磁同步电机控制器电流环PI参数整定方法，其特征是：加入反感应电动势前馈控制包括：测功机以固定的转速转动，获取稳定的反感应电动势。
4.如权利要求1或3所述永磁同步电机控制器电流环PI参数整定方法，其特征是：根据电机参数优化电流环PI参数是利用电机电感参数，利用最优相位裕度和幅值裕度的方法，调整电流环PI参数。
5.如权利要求4所述永磁同步电机控制器电流环PI参数整定方法，其特征是：调整电机角速度滤波系数是：以波动转速拖动电机转动，实施调整角速度滤波系数。
6.如权利要求1所述永磁同步电机控制器电流环PI参数整定方法，其特征是：检测电机之前，调节电机转子磁链与位置传感器为零位偏移角度。
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