CN111953256A - 永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制系统和方法，包括永磁同步电机，还包括设置在永磁同步电机内的用于固定安装PCB电路板的PCB电路板安装座，PCB电路板固定安装在PCB电路板安装座上，在PCB电路板上设置有控制器及与所述控制器相连的检测模块和计时模块，所述检测模块包括电压检测模块、电流检测模块、电阻检测模块、电感检测模块、转速检测模块、磁链检测模块之一或者任意组合。本发明能够对转子与定子旋转轴不完全重合产生的相直流偏值进行抑制。

Description

永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制系统和方法
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电机技术领域，特别是涉及一种永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制系统和方法。
背景技术
永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、运行可靠、调速范围宽、动静态特性好等优点，广泛应用于交流传动系统。而由于制造及安装误差，如图1所示，转子与定子旋转轴不完全重合(其左边竖线表示定子旋转轴，右边竖线表示转子旋转轴)，导致永磁同步电机产生相电流的直流偏值。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制系统和方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制系统，包括永磁同步电机，还包括设置在永磁同步电机内的用于固定安装PCB电路板的PCB电路板安装座，PCB电路板固定安装在PCB电路板安装座上，在PCB电路板上设置有控制器及与所述控制器相连的检测模块和计时模块，所述检测模块包括电压检测模块、电流检测模块、电阻检测模块、电感检测模块、转速检测模块、磁链检测模块之一或者任意组合；
所述电压检测模块的电压数据输出端与控制器的电压数据输入端相连，所述电流检测模块的电流数据输出端与控制器的电流数据输入端相连，所述电阻检测模块的电阻数据输出端与控制器的电阻数据输入端相连，所述电感检测模块的电感数据输出端与控制器的电感数据输入端相连，所述转速检测模块的转速数据输出端与控制器的转速数据输入端相连，所述磁链检测模块的磁链数据输出端与控制器的磁链数据输入端相连；
控制器根据采集的永磁同步电机运行数据，对永磁同步电机相电流产生的直流偏置进行抑制。
在本发明的一种优选实施方式中，所述电压检测模块包括电压第一检测子模块、电压第二检测子模块、电压第三检测子模块之一或者任意组合；所述电压第一检测子模块的电压输入端与第一相电压相连，所述电压第一检测子模块的电压数据输出端与控制器的第一电压数据输入端相连；所述电压第二检测子模块的电压输入端与第二相电压相连，所述电压第二检测子模块的电压数据输出端与控制器的第二电压数据输入端相连；所述电压第三检测子模块的电压输入端与第三相电压相连，所述电压第三检测子模块的电压数据输出端与控制器的第三电压数据输入端相连。
在本发明的一种优选实施方式中，所述电流检测模块包括电流第一检测子模块、电流第二检测子模块、电流第三检测子模块之一或者任意组合；所述电流第一检测子模块的电流输入端与第一相电流相连，所述电流第一检测子模块的电流数据输出端与控制器的第一电流数据输入端相连；所述电流第二检测子模块的电流输入端与第二相电流相连，所述电流第二检测子模块的电流数据输出端与控制器的第二电流数据输入端相连；所述电流第三检测子模块的电流输入端与第三相电流相连，所述电流第三检测子模块的电流数据输出端与控制器的第三电流数据输入端相连。
在本发明的一种优选实施方式中，所述电阻检测模块包括电阻第一检测子模块、电阻第二检测子模块、电阻第三检测子模块之一或者任意组合；所述电阻第一检测子模块的电阻输入端与第一相电阻相连，所述电阻第一检测子模块的电阻数据输出端与控制器的第一电阻数据输入端相连；所述电阻第二检测子模块的电阻输入端与第二相电阻相连，所述电阻第二检测子模块的电阻数据输出端与控制器的第二电阻数据输入端相连；所述电阻第三检测子模块的电阻输入端与第三相电阻相连，所述电阻第三检测子模块的电阻数据输出端与控制器的第三电阻数据输入端相连。
在本发明的一种优选实施方式中，所述电感检测模块包括电感第一检测子模块或/和电感第二检测子模块；所述电感第一检测子模块的电感输入端与相第一电感相连，所述电感第一检测子模块的电感数据输出端与控制器的第一电感数据输入端相连；所述电感第二检测子模块的电感输入端与相第二电感相连，所述电感第二检测子模块的电感数据输出端与控制器的第二电感数据输入端相连。
在本发明的一种优选实施方式中，所述磁链检测模块包括磁链第一检测子模块或/和磁链第二检测子模块；所述磁链第一检测子模块的磁链输入端与相第一磁链相连，所述磁链第一检测子模块的磁链数据输出端与控制器的第一磁链数据输入端相连；所述磁链第二检测子模块的磁链输入端与相第二磁链相连，所述磁链第二检测子模块的磁链数据输出端与控制器的第二磁链数据输入端相连。
本发明还公开了一种永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制方法，包括以下步骤：
S1，计算转子静态偏心基频分量的永磁体磁链幅值如下：
Ψ＝Ψ0+γsin(ωrt) (1)
S2，计算磁场定向后dq轴系的定子电压方程如下：
Figure BDA0002615232550000031
S3，计算dq轴系的磁链方程如下：
Figure BDA0002615232550000032
S4，将(1)(3)式代入(2)式，计算转子偏心的电压方程如下：
Figure BDA0002615232550000041
S5，由(4)式可得由于偏心引起的电流分量如下：
Figure BDA0002615232550000042
S6，电流分量经过坐标变换由dq旋转坐标变换到αβ静止坐标系后为直流量如下：
Figure BDA0002615232550000043
S7，通过以下内模控制器对相直流进行抑制：
Figure BDA0002615232550000044
S8，当k＝1时，若控制器检测到尖峰高度值大于或者等于预设尖峰高度值，则此时k＝1；
S9，当k＝1时，若控制器检测到尖峰高度值小于预设尖峰高度值，则减小解耦系数k至k′；k″＜k′＜1；所述k″为预设最小解耦系数；若此时检测到尖峰高度值大于或者等于预设尖峰高度值，则k＝k′；
S10，若k＝k″时，尖峰高度值小于预设尖峰高度值，则增大带宽系数ζ，k＝1；返回步骤S8。
在本发明的一种优选实施方式中，解耦系数k降至k′的方法为：
k′＝k-ec，
其中，c表示减少次数，e表示预设比例度。
在本发明的一种优选实施方式中，由带宽系数ζ增大至ζ′的方法为：
ζ′＝ζ+τρ，
其中，τ表示增加次数，ρ表示每次增加预设比例值。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明能够对转子与定子旋转轴不完全重合产生的相直流进行抑制。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明转子与定子旋转轴不完全重合示意图。
图2是本发明示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了一种永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制系统，包括永磁同步电机，还包括设置在永磁同步电机内的用于固定安装PCB电路板的PCB电路板安装座，PCB电路板固定安装在PCB电路板安装座上，在PCB电路板上设置有控制器及与所述控制器相连的检测模块和计时模块，所述检测模块包括电压检测模块、电流检测模块、电阻检测模块、电感检测模块、转速检测模块、磁链检测模块之一或者任意组合；
所述电压检测模块的电压数据输出端与控制器的电压数据输入端相连，所述电流检测模块的电流数据输出端与控制器的电流数据输入端相连，所述电阻检测模块的电阻数据输出端与控制器的电阻数据输入端相连，所述电感检测模块的电感数据输出端与控制器的电感数据输入端相连，所述转速检测模块的转速数据输出端与控制器的转速数据输入端相连，所述磁链检测模块的磁链数据输出端与控制器的磁链数据输入端相连；
控制器根据采集的永磁同步电机运行数据，对永磁同步电机相电流产生的直流偏置进行抑制。
在本发明的一种优选实施方式中，所述电压检测模块包括电压第一检测子模块、电压第二检测子模块、电压第三检测子模块之一或者任意组合；所述电压第一检测子模块的电压输入端与第一相电压相连，所述电压第一检测子模块的电压数据输出端与控制器的第一电压数据输入端相连；所述电压第二检测子模块的电压输入端与第二相电压相连，所述电压第二检测子模块的电压数据输出端与控制器的第二电压数据输入端相连；所述电压第三检测子模块的电压输入端与第三相电压相连，所述电压第三检测子模块的电压数据输出端与控制器的第三电压数据输入端相连。
在本发明的一种优选实施方式中，所述电流检测模块包括电流第一检测子模块、电流第二检测子模块、电流第三检测子模块之一或者任意组合；所述电流第一检测子模块的电流输入端与第一相电流相连，所述电流第一检测子模块的电流数据输出端与控制器的第一电流数据输入端相连；所述电流第二检测子模块的电流输入端与第二相电流相连，所述电流第二检测子模块的电流数据输出端与控制器的第二电流数据输入端相连；所述电流第三检测子模块的电流输入端与第三相电流相连，所述电流第三检测子模块的电流数据输出端与控制器的第三电流数据输入端相连。
在本发明的一种优选实施方式中，所述电阻检测模块包括电阻第一检测子模块、电阻第二检测子模块、电阻第三检测子模块之一或者任意组合；所述电阻第一检测子模块的电阻输入端与第一相电阻相连，所述电阻第一检测子模块的电阻数据输出端与控制器的第一电阻数据输入端相连；所述电阻第二检测子模块的电阻输入端与第二相电阻相连，所述电阻第二检测子模块的电阻数据输出端与控制器的第二电阻数据输入端相连；所述电阻第三检测子模块的电阻输入端与第三相电阻相连，所述电阻第三检测子模块的电阻数据输出端与控制器的第三电阻数据输入端相连。
在本发明的一种优选实施方式中，所述电感检测模块包括电感第一检测子模块或/和电感第二检测子模块；所述电感第一检测子模块的电感输入端与相第一电感相连，所述电感第一检测子模块的电感数据输出端与控制器的第一电感数据输入端相连；所述电感第二检测子模块的电感输入端与相第二电感相连，所述电感第二检测子模块的电感数据输出端与控制器的第二电感数据输入端相连。
在本发明的一种优选实施方式中，所述磁链检测模块包括磁链第一检测子模块或/和磁链第二检测子模块；所述磁链第一检测子模块的磁链输入端与相第一磁链相连，所述磁链第一检测子模块的磁链数据输出端与控制器的第一磁链数据输入端相连；所述磁链第二检测子模块的磁链输入端与相第二磁链相连，所述磁链第二检测子模块的磁链数据输出端与控制器的第二磁链数据输入端相连。
本发明还公开了一种永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制方法，包括以下步骤：
S1，计算转子静态偏心基频分量的永磁体磁链幅值如下：
Ψ＝Ψ0+γsin(ωrt) (1)
其中，Ψ0表示转子永磁体磁链的平均值；
γ表示转子偏心产生的磁链波动的基频分量；
ωr表示转子转速；
t表示时间变量；
Ψ表示转子永磁体磁链；
S2，计算磁场定向后dq轴系的定子电压方程如下：
Figure BDA0002615232550000081
其中，Rs表示电机相电阻；
id表示d轴电流；
ψd表示d轴磁链；
ωr表示转子转速；
ψq表示q轴磁链；
ud表示d轴电压；
iq表示q轴电流；
uq表示q轴电压；
S3，计算dq轴系的磁链方程如下：
Figure BDA0002615232550000082
其中，Ld表示d轴电感；
id表示d轴电流；
Ψ表示转子永磁体磁链；
ψd表示d轴磁链；
Lq表示q轴电感；
iq表示q轴电流；
ψq表示q轴磁链；
S4，将(1)(3)式代入(2)式，计算转子偏心的电压方程如下：
Figure BDA0002615232550000091
Rs表示电机相电阻；
id表示d轴电流；
Ld表示d轴电感；
ωr表示转子转速；
Lq表示q轴电感；
iq表示q轴电流；
γ表示转子偏心产生的磁链波动的基频分量；
t表示时间变量；
ud表示d轴电压；
Ψ0表示转子永磁体磁链的平均值；
uq表示q轴电压；
S5，由(4)式可得由于偏心引起的电流分量如下：
Figure BDA0002615232550000092
ωr表示转子转速；
γ表示转子偏心产生的磁链波动的基频分量；
Rs表示电机相电阻；
t表示时间变量；
idγ表示转子偏心产生的d轴电流分量；
iqγ表示转子偏心产生的q轴电流分量；
S6，电流分量经过坐标变换由dq旋转坐标变换到αβ静止坐标系后为直流量如下：
Figure BDA0002615232550000101
ωr表示转子转速；
γ表示转子偏心产生的磁链波动的基频分量；
Rs表示电机相电阻；
iαγ表示转子偏心产生的电流在静止α坐标上的大小；
iβγ表示转子偏心产生的电流在静止β坐标上的大小；
S7，通过以下内模控制器对相直流进行抑制：
Figure BDA0002615232550000102
ζ表示带宽系数；
Ld表示d轴电感；
R表示定子相电阻；
s表示微分算子；
k表示解耦系数；0＜k≤1；
ωr表示转子转速；
Lq表示q轴电感；
C(s)表示内模控制器；
S8，当k＝1时，若控制器检测到尖峰高度值大于或者等于预设尖峰高度值，则此时k＝1；计算其尖峰高度值的方法为：
Figure BDA0002615232550000103
其中，ui表示输入的dq轴电压值，u0表示输出的dq轴电压值；优选取预设尖峰高度值为10db。
如图2所示，为8000rpm时k分别为0、0.5和1时候的q轴开环bode图。k＝0采用比例积分控制器。
S9，当k＝1时，若控制器检测到尖峰高度值小于预设尖峰高度值，则减小解耦系数k至k′；k″＜k′＜1；所述k″为预设最小解耦系数；一般取k″＝0.01；若此时检测到尖峰高度值大于或者等于预设尖峰高度值，则k＝k′；
S10，若k＝k″时，尖峰高度值小于预设尖峰高度值，则增大带宽系数ζ，k＝1；返回步骤S8。
在本发明的一种优选实施方式中，解耦系数k降至k′的方法为：
k′＝k-ec，
其中，c表示减少次数，e表示预设比例度，e＝0.005～0.01，优选e＝0.01。
在本发明的一种优选实施方式中，由带宽系数ζ增大至ζ′的方法为：
ζ′＝ζ+τρ，其ζ′的取值保证闭环稳定；
其中，τ表示增加次数，ρ表示每次增加预设比例值，ρ＝0.005～0.01，优选ρ＝0.01。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制系统，包括永磁同步电机，其特征在于，还包括设置在永磁同步电机内的用于固定安装PCB电路板的PCB电路板安装座，PCB电路板固定安装在PCB电路板安装座上，在PCB电路板上设置有控制器及与所述控制器相连的检测模块和计时模块，所述检测模块包括电压检测模块、电流检测模块、电阻检测模块、电感检测模块、转速检测模块、磁链检测模块之一或者任意组合；
所述电压检测模块的电压数据输出端与控制器的电压数据输入端相连，所述电流检测模块的电流数据输出端与控制器的电流数据输入端相连，所述电阻检测模块的电阻数据输出端与控制器的电阻数据输入端相连，所述电感检测模块的电感数据输出端与控制器的电感数据输入端相连，所述转速检测模块的转速数据输出端与控制器的转速数据输入端相连，所述磁链检测模块的磁链数据输出端与控制器的磁链数据输入端相连；
控制器根据采集的永磁同步电机运行数据，对永磁同步电机相电流产生的直流偏置进行抑制。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制系统，其特征在于，所述电压检测模块包括电压第一检测子模块、电压第二检测子模块、电压第三检测子模块之一或者任意组合；所述电压第一检测子模块的电压输入端与第一相电压相连，所述电压第一检测子模块的电压数据输出端与控制器的第一电压数据输入端相连；所述电压第二检测子模块的电压输入端与第二相电压相连，所述电压第二检测子模块的电压数据输出端与控制器的第二电压数据输入端相连；所述电压第三检测子模块的电压输入端与第三相电压相连，所述电压第三检测子模块的电压数据输出端与控制器的第三电压数据输入端相连。
3.根据权利要求1所述的永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制系统，其特征在于，所述电流检测模块包括电流第一检测子模块、电流第二检测子模块、电流第三检测子模块之一或者任意组合；所述电流第一检测子模块的电流输入端与第一相电流相连，所述电流第一检测子模块的电流数据输出端与控制器的第一电流数据输入端相连；所述电流第二检测子模块的电流输入端与第二相电流相连，所述电流第二检测子模块的电流数据输出端与控制器的第二电流数据输入端相连；所述电流第三检测子模块的电流输入端与第三相电流相连，所述电流第三检测子模块的电流数据输出端与控制器的第三电流数据输入端相连。
4.根据权利要求1所述的永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制系统，其特征在于，所述电阻检测模块包括电阻第一检测子模块、电阻第二检测子模块、电阻第三检测子模块之一或者任意组合；所述电阻第一检测子模块的电阻输入端与第一相电阻相连，所述电阻第一检测子模块的电阻数据输出端与控制器的第一电阻数据输入端相连；所述电阻第二检测子模块的电阻输入端与第二相电阻相连，所述电阻第二检测子模块的电阻数据输出端与控制器的第二电阻数据输入端相连；所述电阻第三检测子模块的电阻输入端与第三相电阻相连，所述电阻第三检测子模块的电阻数据输出端与控制器的第三电阻数据输入端相连。
5.根据权利要求1所述的永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制系统，其特征在于，所述电感检测模块包括电感第一检测子模块或/和电感第二检测子模块；所述电感第一检测子模块的电感输入端与相第一电感相连，所述电感第一检测子模块的电感数据输出端与控制器的第一电感数据输入端相连；所述电感第二检测子模块的电感输入端与相第二电感相连，所述电感第二检测子模块的电感数据输出端与控制器的第二电感数据输入端相连。
6.根据权利要求1所述的永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制系统，其特征在于，所述磁链检测模块包括磁链第一检测子模块或/和磁链第二检测子模块；所述磁链第一检测子模块的磁链输入端与相第一磁链相连，所述磁链第一检测子模块的磁链数据输出端与控制器的第一磁链数据输入端相连；所述磁链第二检测子模块的磁链输入端与相第二磁链相连，所述磁链第二检测子模块的磁链数据输出端与控制器的第二磁链数据输入端相连。
7.一种永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，计算转子静态偏心基频分量的永磁体磁链幅值如下：
Ψ＝Ψ0+γsin(ωrt) (1)
S2，计算磁场定向后dq轴系的定子电压方程如下：
Figure FDA0002615232540000031
S3，计算dq轴系的磁链方程如下：
Figure FDA0002615232540000032
S4，将(1)(3)式代入(2)式，计算转子偏心的电压方程如下：
Figure FDA0002615232540000033
S5，由(4)式可得由于偏心引起的电流分量如下：
Figure FDA0002615232540000034
S6，电流分量经过坐标变换由dq旋转坐标变换到αβ静止坐标系后为直流量如下：
Figure FDA0002615232540000035
S7，通过以下内模控制器对相直流进行抑制：
Figure FDA0002615232540000041
S8，当k＝1时，若控制器检测到尖峰高度值大于或者等于预设尖峰高度值，则此时k＝1；
S9，当k＝1时，若控制器检测到尖峰高度值小于预设尖峰高度值，则减小解耦系数k至k′；k″＜k′＜1；所述k″为预设最小解耦系数；若此时检测到尖峰高度值大于或者等于预设尖峰高度值，则k＝k′；
S10，若k＝k″时，尖峰高度值小于预设尖峰高度值，则增大带宽系数ζ，k＝1；返回步骤S8。
8.根据权利要求7所述的永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制方法，其特征在于，解耦系数k降至k′的方法为：
k′＝k-ec，
其中，c表示减少次数，e表示预设比例度。
9.根据权利要求7所述的永磁同步电机解耦控制相电流直流偏值抑制方法，其特征在于，由带宽系数ζ增大至ζ′的方法为：
ζ′＝ζ+τρ，
其中，τ表示增加次数，ρ表示每次增加预设比例值。
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