CN112152538A - 一种永磁同步电机的逆模型控制方法 - Google Patents

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朱鹏
陈施华
杜仁慧
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Abstract

本发明涉及一种永磁同步电机的逆模型控制方法，其特点是：本发明采用系统参数辨识和在控制系统中串入逆模型的方法，实现电机的控制。首先，采用模型参考自适应的方法，对系统模型参数进行辨识；其次，对辨识出来的系统模型进行逆模型的求导；最后，将求导出来的逆模型串入到控制系统的传递函数中，控制系统的传递函数变成1，此时无需再对系统进行控制参数的调节，可实现输入量与输出量一致。

Description

一种永磁同步电机的逆模型控制方法
技术领域
本发明属于电机控制领域。
背景技术
永磁同步电机具有高功率密度、高转矩电流比、高功率因数等特点，广泛应用于工业生产及人类日常生活中。一般的永磁同步电机采用位置环、速度环电流环的三环控制方法，控制方法采用经典的PID进行控制，但对于未知的系统结构，PID的参数无法快速的进行调节。在当前的调试应用中，控制参数的整定一般通过试凑的方法来实现，通过观测每组参数的反馈曲线进行试凑，方法低效耗时，控制性能不一定理想。
现在对电机参数的整定方法主要分为基于模型的参数整定、基于规则的参数整定和智能参数整定方法。基于模型的参数整定先要建立精确的数学模型再进行参数整定，步骤复杂；基于规则的参数整定取决于目标函数的设置是否合理，若目标函数不恰当，则最终整定结果不可靠；智能控制缺乏像传统控制理论那样成熟的分析工具。
发明内容
本发明的目的在于提供一种永磁同步电机的逆模型控制方法，无需通过试凑的方法来实现PID参数的整定。
本发明所述的永磁同步电机的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：在dq坐标轴下建立电机的系统模型，通过参考模型的方法求出系统参数定子绕组Rs，d轴电感Ld，q轴电感Lq，磁链ψ。
步骤二：将建立的电机数学模型转换成传递函数，再利用Z变换将传递函数离散化。
步骤三：对离散化后的模型通过零点配置的方法求出逆模型，并通过频域分析的方法验证所求模型是否满足条件。
步骤四：将求出的逆模型串入控制系统中，实现电机的跟踪控制。
进一步的，所述步骤一中建立电机在旋转坐标系下的定子数学模型，利用q轴电流观测误差来调整参数，参数自适应律取积分律，实现电机参数向真实值收敛。
进一步的，所述步骤一中将电机的空间状态方程利用MATLAB中的ss2tf函数转换成传递函数，再利用tf函数将传递函数离散化。
进一步的，对求出的Z函数进行不稳定零点的处理，然后将函数的分子分母互换，求得逆模型。
本发明的优点是：本发明通过系统辨识求逆模型的方法，实现了电机跟踪控制的输入与输出相同，无需再进行PID参数的试凑，提高了电机控制的便捷性。在参考自适应率的设计上采用积分律，无需进行复杂的推导；同时在处理系统模型时进行了离散化，易于在工程中实现。
附图说明
图1是本发明具体实施的流程示意图。
图2是本发明设计的参考模型自适应原理框图。
图3是将逆模型串联在控制系统中的示意图。
图4是将逆模型串联控制系统中的阶跃响应。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的方法做进一步的举例说明。
本发明提出了一种永磁同步电机的控制方法，实施例包括以下步骤：
步骤一：在dq坐标轴下建立电机的系统模型，通过参考模型的方法求出系统参数定子绕组Rs，d轴电感Ld，q轴电感Lq，磁链ψ。
其中，电机数学模型优选如下：
Figure BDA0002708724220000021
式中，uq，ud，iq，id，Lq，Ld分别为定子电压、电流和电感在q轴和d轴上的分量，ψ为磁链，Rs为定子绕组，ωm为电机机械角速度。选取q轴的电流方程进行参数的辨识，参考模型辨识的原理图见附图2。q轴的观测模型为：
Figure BDA0002708724220000022
式中，a1＝-Rs/Lq，a2＝-Ld/Lq，a3＝-1/Lq，a4＝-ψ/Lq。对这四个含有系统参数的变量取积分自适应律有：
Figure BDA0002708724220000023
当这四个参数收敛到真实值时，可以得到电机参数：
Figure BDA0002708724220000024
步骤二：将建立的电机数学模型转换成传递函数，再利用Z变换将传递函数离散化。
其中，电机的数学模型离散化方法优选如下：
将电机的电流方程系数提取出来变成四个矩阵A、B、C、D；利用公式进行变换：[num,den]＝ss2tf(A，B，C，D)；G＝tf(num，den，0.001)；zpk(G)，得到Z函数的零点写法。三个公式中ss2tf函数是将状态空间方程转换成传递函数；tf函数将传递函数离散化，0.001是采样周期；zpk函数将函数写成零极点构造表达式。
步骤三：对离散化后的模型通过零点配置的方法求出逆模型，并通过频域分析的方法验证所求模型是否满足条件。
其中，逆模型求导方法进一步说明为：
例如一个4阶传递函数：
Figure BDA0002708724220000031
第一个零点在单位圆外，是不稳定的零点，进行处理得：
Figure BDA0002708724220000032
将求得的逆模型函数串联到原本的4阶传递函数中去，利用阶跃信号进行跟踪，如图4所示，可以看出阶跃信号跟踪良好，并且无需进行PID参数的调节，从而实现系统的跟踪性能。
步骤四：将求出的逆模型串入控制系统中，实现电机的跟踪控制。

Claims (4)

1.一种永磁同步电机的逆模型控制方法，其特征在于：
步骤一：在dq坐标轴下建立电机的系统模型，通过参考模型的方法求出系统参数定子绕组Rs，d轴电感Ld，q轴电感Lq，磁链ψ；
步骤二：将建立的电机数学模型转换成传递函数，再利用Z变换将传递函数离散化；
步骤三：对离散化后的模型通过零点配置的方法求出逆模型，并通过频域分析的方法验证所求模型是否满足条件；
步骤四：将求出的逆模型串入控制系统中，实现电机的跟踪控制。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机的逆模型控制方法，其特征在于：所述步骤一中建立电机在旋转坐标系下的定子数学模型，利用q轴电流观测误差来调整参数，参数自适应律取积分律，实现电机参数向真实值收敛。
3.根据权利要求1所述的永磁同步电机的逆模型控制方法，其特征在于：所述步骤一中将电机的空间状态方程利用MATLAB中的ss2tf函数转换成传递函数，再利用tf函数将传递函数离散化。
4.根据权利要求1所述的永磁同步电机的逆模型控制方法，其特征在于：对求出的Z函数进行不稳定零点的处理，然后将函数的分子分母互换，求得逆模型。
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