CN113328659B - 一种永磁同步电机转速环pi参数整定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁同步电机转速环PI参数整定方法,利用高频注入法在PMSM系统的两相同步旋转坐标系中的直轴注入高频电压信号,提取交轴电流;计算锁相环系统在输入为加速度响应时的稳态误差,限制空载时的转子角度误差限制为Δθq,重新整定转速环PI参数;再利用电流环控制器计算电压分量,输入到空间矢量脉宽调制模块从而驱动PMSM系统。本发明考虑了高频注入法应用在PMSM无位置传感器控制时PMSM系统的滞后性,分析锁相环系统的稳态误差并重新整定转速环PI参数,从而适配并正常驱动PMSM系统,提高系统的动态性能和鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及一种参数整定方法,尤其是永磁同步电机的转速环PI参数整定方法。
背景技术
在现有的永磁同步电机(PMSM)矢量控制系统中,当电机运行在零低速阶段时,常难以检测并计算转子位置和转速,为了在零低速下能够获得准确的转子速度信息,常用的方法是高频注入法。但是,脉振高频在应用于PMSM无位置传感器控制时,由于速度感应器被移除,以及引入滤波器以及锁相环系统会导致系统滞后,同时稳态性能和鲁棒性变差,在此情况下设计的速度环控制器的比例参数(P)和积分参数(I)无法适配PMSM系统矢量控制系统。
发明内容
发明目的:本发明的目的是提供一种考虑了锁相环系统稳态误差的PMSM转速环PI参数整定方法,使PI参数适配PMSM系统,保证系统的动态性能和鲁棒性。
技术方案:本发明的永磁同步电机转速环PI参数整定方法包括如下步骤:
(1)将高频电压信号注入永磁同步电机两相同步旋转坐标系的直轴,提取交轴的高频响应电流;
(2)计算交轴给定电流iq *,取直轴给定电流id *=0;
(3)计算锁相环系统的稳态误差,限制转子角度误差,整定永磁同步电机转速环PI参数;
(4)计算永磁同步电机两相静止坐标系下的电压,将电压输入空间矢量脉宽调制模块驱动永磁同步电机。
进一步地、步骤(3)具体包括:
(31)永磁同步电机进入稳态后,锁相环系统在输入为加速度响应存在稳态误差:
其中ae为永磁同步电机的电角速度加速度、kε为锁相环系统系数、ki为锁相环系统积分参数;
(32)永磁同步电机空载启动时将转子角度误差限制在Δθq,交轴电流的表达式为:
其中kq *为q轴给定电流整定系数、J为电机的转动惯量、pn为永磁同步电机的极对数、ψf为永磁体的磁链;
(33)取kq *=0.9,得到转速环PI参数表达式为:
锁相环系统在输入为加速度响应时的输出表达式为:
其中ae为永磁同步电机的电角速度加速度、kε为锁相环系数、Tw为锁相环系统一阶低通滤波器带宽、kp、ki为锁相环系统PI参数、s为拉式算子。当PMSM进入稳态后,上式(4)第三项和第四项的值均为0,因此存在稳态误差。
进一步地、步骤(1)具体为:
(11)在两相同步旋转坐标系下向直轴注入高频余弦信号,采集永磁同步电机的三相电流、转子位置和转速;
(12)用克拉克变化和帕克变换计算三相电流在两相旋转坐标系下的分量;
(13)用滤波器提取两相同步旋转坐标系交轴的高频响应电流。
进一步地、步骤(2)中计算交轴给定电流iq *的方法具体为:用锁相环系统得到估计转速和估计转子角度给定额定转速与估计转速作差,输入到转速环PI控制器得到q轴给定电流iq *。
进一步地、步骤(4)具体为:
(41)用电流环PI控制器计算两相同步旋转坐标系下的直轴和交轴电压;
(42)用帕克逆变换计算两相静止坐标系下的电压分量;
(43)将步骤(42)中计算得到的电压分量输入空间矢量脉宽调制模块驱动永磁同步电机。
有益效果:考虑了PMSM无位置传感器控制系统中锁相环系统引起的稳态误差,重新设计转速环的PI参数,消除了引入锁相环系统的滞后效应,使PI参数能够适配PMSM系统矢量控制系统,提高系统的动态性能和鲁棒性。
附图说明
图1为用本发明的方法整定的PI参数应用于基于高频注入发无位置传感器控制系统的实验结果图;
其中(a)为转速波形图和转速误差图;
(b)为位置波形图和位置误差图;
图2为相同转速环PI参数下的转速性能对比;
其中(a)为有位置信号矢量控制系统转速波形图;
(b)为基于脉振高频注入法矢量控制转速波形图。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步说明。本发明的永磁同步电机转速环PI参数整定方法包括如下步骤:
(1)在两相同步旋转d-q坐标系下向d轴(直轴)注入高频余弦电压信号,采集PMSM三相电流ia、ib和ic,采集PMSM的转子位置θ和转速ω。
(2)利用Clark(克拉克)变换得到三相电流ia、ib和ic在两相静止坐标系α-β坐标系下的分量iα和iβ,如式(1)所示:
(3)利用Park(帕克)变换将两相静止α-β坐标系下的分量iα和iβ转换到d-q坐标系下的分量和如式(2)所示:
其中为利用锁相环估计的转子位置角度。
(3)利用带通滤波器和低通滤波器将式(2)中得到的中的q轴(交轴)高频响应电流提取出来,再通过锁相环系统得到估计转速和估计转子角度给定额定转速与估计转速作差,输入到转速环PI控制器得到q轴给定电流iq *,同时取d轴给定电流id *=0。锁相环系统可以等效为由一个PI调节器、一个积分器以及一个带宽为Tw的一阶低通滤波器构成,其对应的闭环传递函数可以表示为:
其中,G(s)为锁相环系统的传递函数,kε是锁相环系统系数,Tw为锁相环系统一阶低通滤波器带宽,kp、ki为锁相环PI(比例-积分)参数,s为拉式算子。
(4)PMSM转速环PI参数设计
(41)在电机启动初始阶段,令:
其中,ae是PMSM的电角速度加速度,ωe是转子电磁位置角速度,t是时间;则锁相环系统的输入信号为:
式(4)对应的拉式变换为:
(42)将式(5)代入锁相环系统的输出表达式,如式(6)所示:
其中,G(s)为锁相环系统的传递函数,kε是锁相环系数,Tw为锁相环一阶低通滤波器带宽,kp、ki为锁相环PI(比例-积分)参数,s为拉式算子。
(43)当PMSM进入稳态后,上式(6)第三项和第四项的值均为0,因此锁相环观测器在输入为加速度响应存在稳态误差:
高频注入法无位置控制用锁相环观测器来估算PMSM转子位置角和转子角速度,所以需要将此稳态误差限制在一定的范围内,即加速度阶段需要将角度加速度值限制在一定范围。
(44)PMSM的电磁转矩方程和机械运动方程如式(8)和式(9):
其中,Te为电机的电磁转矩、pn为永磁同步电机的极对数、ψf表示永磁体的磁链、J表示电机的转动惯量、ωr表示转子的机械角速度、TL表示负载的转矩、B表示机械阻尼系数。
在PMSM空载启动时通常忽略Bωr项,则式(8)和式(9)改写为:
空载时若将转子角度误差限制在Δθq,给定q轴电流满足:
其中,kq *为q轴给定电流整定系数,通常取0.8-1,本发明的方法中取0.9。由(11)式,空载启动时,转速环PI参数设计为:
其中nref表示最大给定转速,Δθq通常取0.05-0.1deg。
(5)d轴给定电流id *=0,将id *、iq *及id、iq输入电流环PI控制器,得到ud和uq;利用帕克逆变换得到α-β坐标系下的分量uα和uβ,如式(13)所示:
将uα和uβ输入SVPWM(空间矢量脉宽调制)调制模块,使逆变桥产生占空比,从而驱动永磁同步电机。
下面将上述方法通过实验进行验证。如图1所示为根据本发明的方法整定的PI参数应用于基于高频注入发无位置传感器控制系统的实验结果图
(1)利用电流采样模块采集永磁同步电机的三相电流ia、ib、ic;
(2)利用克拉克变换得到三相电流ia、ib、ic在α-β坐标系下的分量iα和iβ;
(3)利用帕克变换以及估计角度得到和
(4)将输入到锁相环系统,输出估计转速对求积分,得到估计速度
(5)给转速环PI控制器输入给定额定转速转速ω得到q轴给定电流iq *,同时取d轴给定电流id *=0,将id *和作差,经过d轴系的电流PI控制器,与d轴输入的脉振高频电压cosωht相加,得到输出量第一电压ud;iq *与经过q轴系的电流PI控制器得到输出量第二电压uq。
(6)利用帕克变换以及估计角度得到第一电压ud和第二电压uq在α-β坐标系下的分量和uα和uβ;
(7)将uα和uβ输入SVPWM调制模块,SVPWM调制模块输出的控制电压使三相逆变桥在直流电压VDC作用下驱动永磁同步电机PMSM。通过位置传感器采集实际位置和实际转速。
对比例
用常规矢量控制方法进行转速环PI参数整定,通过位置传感器采集实际位置和实际转速,如图2(a)所示为有位置信号矢量控制系统转速波形图;将相同的PI参数应用到脉振注入无位置控制系统中则无法启动,如图2(b)所示。由此看出常规的转速环PI参数整定方法并不适用于高频脉振注入法。
Claims (5)
1.一种永磁同步电机转速环PI参数整定方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将高频电压信号注入永磁同步电机两相同步旋转坐标系的直轴,提取交轴的高频响应电流;
(2)计算交轴给定电流iq *,取直轴给定电流id *=0;
(3)计算锁相环系统的稳态误差,限制转子角度误差,整定永磁同步电机转速环PI参数;
所述步骤(3)具体包括:
(31)永磁同步电机进入稳态后,锁相环系统在输入为加速度响应存在稳态误差:
其中ae为永磁同步电机的电角速度加速度、kε为锁相环系数、ki为锁相环积分参数;
(32)永磁同步电机空载启动时将转子角度误差限制在Δθq,即Δθa=Δθq,交轴电流的表达式为:
其中kq *为q轴给定电流整定系数、J为电机的转动惯量、pn为永磁同步电机的极对数、ψf为永磁体的磁链;
(33)取kq *=0.9,得到转速环PI参数表达式为:
(4)计算永磁同步电机两相静止坐标系下的电压,将电压输入空间矢量脉宽调制模块驱动永磁同步电机。
3.根据权利要求1所述的永磁同步电机转速环PI参数整定方法,其特征在于,所述步骤(1)具体为:
(11)在两相同步旋转坐标系下向直轴注入高频余弦信号,采集永磁同步电机的三相电流、转子位置和转速;
(12)用克拉克变化和帕克变换计算三相电流在两相旋转坐标系下的分量;
(13)用滤波器提取两相同步旋转坐标系交轴的高频响应电流。
5.根据权利要求1所述的永磁同步电机转速环PI参数整定方法,其特征在于,步骤(4)具体为:
(41)用电流环PI控制器计算两相同步旋转坐标系下的直轴和交轴电压;
(42)用帕克逆变换计算两相静止坐标系下的电压分量;
(43)将步骤(42)中计算得到的电压分量输入空间矢量脉宽调制模块驱动永磁同步电机。
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108649847A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-10-12 | 华南理工大学 | 基于频率法和模糊控制的电机pi控制器参数整定方法 |
CN109756166A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-05-14 | 大连海事大学 | 永磁同步电机双闭环矢量控制pi调节器参数整定方法 |
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CN107046387B (zh) * | 2016-10-24 | 2020-01-14 | 东南大学 | 一种永磁同步电机的变pid参数电流环启动方法 |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108649847A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-10-12 | 华南理工大学 | 基于频率法和模糊控制的电机pi控制器参数整定方法 |
CN109756166A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-05-14 | 大连海事大学 | 永磁同步电机双闭环矢量控制pi调节器参数整定方法 |
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