CN111245319A - 一种永磁同步电机混合双模控制方法 - Google Patents

一种永磁同步电机混合双模控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机混合双模控制方法，该控制方法结合了无差拍预测控制的电流环以及比例积分控制的电流环。首先对永磁同步电机的直流母线电压udc、三相电流ia，ib，ic、机械旋转角速度ωm与转子位置角θm进行采样；然后根据无差拍预测控制策略计算无差拍参考电压矢量
Figure DDA0002391372030000011
根据电流环比例积分控制器计算电压控制矢量
Figure DDA0002391372030000012
根据控制矢量选择流程选择合适的电压矢量输入到SVPWM模块，产生逆变器控制信号并作用于逆变器。本发明结合了比例积分控制的电流环以及无差拍预测控制的电流环，使得永磁同步电机驱动系统同时拥有良好的动态和稳态性能。

Description

一种永磁同步电机混合双模控制方法
技术领域
本发明是一种永磁同步电机混合双模控制方法，属于电机驱动与控制技术领域。
背景技术
传统的永磁同步电机无差拍预测控制具有快速的动态响应能力，但是该控制策略参数敏感性较高，电机参数的不准确会导致电流静差与系统的不稳定。比例积分调节器控制的电流环具有较高的参数鲁棒性和良好的稳态性能，但是比例积分控制策略的动态响应能力较差。
发明内容
发明目的：本发明提出了一种永磁同步电机混合双模控制方法，用于电力驱动领域。该方法结合了比例积分控制的电流环以及无差拍预测控制的电流环，使得永磁同步电机驱动系统同时拥有良好的动态和稳态性能。
技术方案：一种永磁同步电机混合双模控制方法，该控制方法结合了无差拍预测控制的电流环以及比例积分控制的电流环；所述方法包括如下步骤：
(1)对永磁同步电机的直流母线电压udc、三相电流ia，ib，ic、机械旋转角速度ωm与转子位置角θm进行采样；
(2)根据采集的电机电流以及转子位置角计算两相旋转坐标系下的电流id，iq，将其与d-q轴参考电流
Figure BDA0002391372010000011
代入到永磁同步电机的离散状态空间方程，计算出无差拍参考电压矢量
Figure BDA0002391372010000012
Figure BDA0002391372010000013
Figure BDA0002391372010000014
其中Pn是电机极对数，Rs，Ls，ψf分别是电机的相电阻，相电感和永磁体磁链，Ts是控制器的采用周期。
(3)计算
Figure BDA0002391372010000015
在αβ坐标系中的相角；
Figure BDA0002391372010000021
Figure BDA0002391372010000022
(4)判断驱动系统饱和标志Fs的值
Figure BDA0002391372010000023
Figure BDA0002391372010000024
(5)计算电流环比例积分控制器的复位初值
Figure BDA0002391372010000025
Figure BDA0002391372010000026
(6)根据比例积分控制的电流环计算电压控制矢量
Figure BDA0002391372010000027
Figure BDA0002391372010000028
其中Kpd，Kpq，Kid，Kiq分别是dq轴电流比例积分控制器的参数，Qd，Qq是积分器在上一个周期的输出。
(7)根据Fs和非饱和状态无差拍控制策略作用周期数量N选择作用的电压矢量。当Fs＝1时，此时N赋值为0，电流环采用无差拍控制策略，选择
Figure BDA0002391372010000029
输入到SVPWM模块产生驱动信号输送至逆变器；当Fs＝0，如果N＝0，电流环采用无差拍控制策略，选择
Figure BDA00023913720100000210
输入到SVPWM模块产生驱动信号输送至逆变器，并给N赋值为1，同时将比例积分控制器的积分环节清零并给积分器赋初值
Figure BDA00023913720100000211
当Fs＝0，如果N＝1，电流环采用比例积分控制策略，此时选择
Figure BDA00023913720100000212
输入到SVPWM模块产生驱动信号输送至逆变器；
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
本发明方法提出的混合双模控制算法在不明显增加算法复杂性的同时，使得永磁同步电机驱动系统同时拥有良好的动态和稳态控制性能。
附图说明
图1是表贴式永磁同步电机驱动系统结构图；
图2是混合双模控制算法的控制矢量选择流程图；
图3是传统无差拍预测控制策略的实验结果；
图4是传统比例积分控制器的实验结果；
图5是混合双模控制算法的实验结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明；
如附图1所示，本发明实施例公开的一种永磁同步电机混合双模控制方法，基于该方法的控制系统包含一台三相表贴式永磁同步电机、三相电压源型逆变器以及混合双模控制单元；具体的永磁同步电机混合双模控制方法包括如下步骤：
(1)对永磁同步电机的直流母线电压udc、三相电流ia，ib，ic、机械旋转角速度ωm与转子位置角θm进行采样；
(2)根据采集的电机电流以及转子位置角计算两相旋转坐标系下的电流id，iq，将其与d-q轴参考电流
Figure BDA0002391372010000031
代入到永磁同步电机的离散状态空间方程，计算出无差拍参考电压矢量
Figure BDA0002391372010000032
Figure BDA0002391372010000033
Figure BDA0002391372010000034
其中Pn是电机极对数，Rs，Ls，ψf分别是电机的相电阻，相电感和永磁体磁链，Ts是控制器的采样周期。
(3)计算
Figure BDA0002391372010000035
在αβ坐标系中的相角；
Figure BDA0002391372010000036
Figure BDA0002391372010000037
(4)判断驱动系统饱和标志Fs的值
Figure BDA0002391372010000041
Figure BDA0002391372010000042
(5)计算电流环比例积分控制器的复位初值
Figure BDA0002391372010000043
Figure BDA0002391372010000044
(6)根据比例积分控制的电流环计算电压控制矢量
Figure BDA0002391372010000045
Figure BDA0002391372010000046
其中Kpd，Kpq，Kid，Kiq分别是dq轴电流比例积分控制器的参数，Qd，Qq是积分器在上一个周期的输出。
(7)根据Fs和非饱和状态无差拍控制策略作用周期数量N选择作用的电压矢量。当Fs＝1时，此时N赋值为0，电流环采用无差拍控制策略，选择
Figure BDA0002391372010000047
输入到SVPWM模块产生驱动信号输送至逆变器；当Fs＝0，如果N＝0，电流环采用无差拍控制策略，选择
Figure BDA0002391372010000048
输入到SVPWM模块产生驱动信号输送至逆变器，并给N赋值为1，同时将比例积分控制器的积分环节清零并给积分器赋初值
Figure BDA0002391372010000049
当Fs＝0，如果N＝1，电流环采用比例积分控制策略，此时选择
Figure BDA00023913720100000410
输入到SVPWM模块产生驱动信号输送至逆变器；
为了验证本发明的效果，进行了实验。图1是表贴式永磁同步电机驱动系统；图2是混合双模控制算法的控制矢量选择流程图；图3是传统无差拍预测控制策略的实验结果；图4是传统比例积分控制器的实验结果；图5是本发明提出的混合双模控制算法的实验结果。图3、图4与图5的实验结果表明本发明提出的混合双模控制算法同时拥有较好的动态和稳态控制性能。
本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所做的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (7)

1.一种永磁同步电机混合双模控制方法，其特征在于：该控制方法结合了无差拍预测控制的电流环以及比例积分控制的电流环；所述方法包括如下步骤：
(1)对永磁同步电机的直流母线电压udc、三相电流ia，ib，ic、机械旋转角速度ωm与转子位置角θm进行采样；
(2)根据采集的电机电流以及转子位置角计算两相旋转坐标系下的电流id，iq，将其与d-q轴参考电流
Figure FDA0002391370000000011
代入到永磁同步电机的离散状态空间方程，计算出无差拍参考电压矢量
Figure FDA0002391370000000012
(3)计算
Figure FDA0002391370000000013
在αβ坐标系中的相角；
(4)判断驱动系统饱和标志Fs的值；
(5)计算电流环比例积分控制器的复位初值
Figure FDA0002391370000000014
(6)根据比例积分控制的电流环计算电压控制矢量
Figure FDA0002391370000000015
(7)根据Fs和非饱和状态无差拍控制策略作用周期数量N选择作用的电压矢量。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机混合双模控制方法，其特征在于，步骤(2)中电流id，iq，电压矢量
Figure FDA0002391370000000016
计算方法如下：
Figure FDA0002391370000000017
Figure FDA0002391370000000018
其中，Pn是电机极对数，Rs，Ls，ψf分别是电机的相电阻，相电感和永磁体磁链，Ts是控制器的采用周期。
3.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机混合双模控制方法，其特征在于，其特征在于，步骤(3)的计算方法如下：
Figure FDA0002391370000000019
4.根据权利要求3所述的一种永磁同步电机混合双模控制方法，其特征在于，步骤(4)的计算方法如下：
Figure FDA0002391370000000021
Figure FDA0002391370000000022
5.根据权利要求4所述的一种永磁同步电机混合双模控制方法，其特征在于，步骤(5)的计算方法如下：
Figure FDA0002391370000000023
6.根据权利要求5所述的一种永磁同步电机混合双模控制方法，其特征在于，步骤(6)的计算方法如下：
Figure FDA0002391370000000024
其中，Kpd，Kpq，Kid，Kiq分别是dq轴电流比例积分控制器的参数，Qd，Qq是积分器在上一个周期的输出。
7.根据权利要求6所述的一种永磁同步电机混合双模控制方法，其特征在于，步骤(7)的方法如下：当Fs＝1时，此时N赋值为0，电流环采用无差拍控制策略，选择
Figure FDA0002391370000000025
输入到SVPWM模块产生驱动信号输送至逆变器；当Fs＝0，如果N＝0，电流环采用无差拍控制策略，选择
Figure FDA0002391370000000026
输入到SVPWM模块产生驱动信号输送至逆变器，并给N赋值为1，同时将比例积分控制器的积分环节清零并给积分器赋初值
Figure FDA0002391370000000027
当Fs＝0，如果N＝1，电流环采用比例积分控制策略，此时选择
Figure FDA0002391370000000028
输入到SVPWM模块产生驱动信号输送至逆变器。
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