CN114257147A - 一种永磁同步电机电流前馈解耦方法和装置 - Google Patents

一种永磁同步电机电流前馈解耦方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机电流前馈解耦方法和装置。其中，该方法包括：计算d轴的电流偏差IdErr和q轴的电流偏差IqErr，并将IdErr和IqErr分别作为d轴PI控制器的输入和q轴PI控制器的输入；计算d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd；计算d轴当前步长的电压初始值Udint和q轴当前步长的电压初始值Udint；确定d轴的电压控制量UdUnlim和q轴的电压控制量UqUnlim；对d轴的电压控制量UdUnlim和q轴的电压控制量UqUnlim进行限幅后，输出d轴的电压输出量UdPI和q轴的电压输出量UqPI。本发明实施例的技术方案，实现了每一个输入只控制相应的一个输出，从而消除了因为外界扰动所带来的控制系统的波动，提高了控制系统的动态特性和响应速度。

Description

一种永磁同步电机电流前馈解耦方法和装置
技术领域
本发明实施例涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机电流前馈解耦方法和装置。
背景技术
在电机控制领域，矢量控制已经被证明是一种高性能的控制策略。矢量控制采用转子磁场定向控制原理，把定子电流分解为励磁电流Id和电枢电流Iq，达到类似直流电机对两个分量进行单独控制的效果。这种控制方式需要定子电流Id，Iq与定子电压Ud，Uq之间完全解耦。但在交流永磁同步电机矢量控制中，Id，Iq与Ud，Uq之间是存在交叉耦合关系的，为了简化控制策略，认为可以忽略这种耦合影响。
但是在高速段，由于交叉耦合的影响会随着速度的增加而增大，从而导致控制性能有比较大的下降。
发明内容
为了解决高速段电机控制性能下降的问题，本发明提供一种永磁同步电机电流前馈解耦方法，使每一个输入只控制相应的一个输出，从而消除因为外界扰动所带来的控制系统的波动，提高控制系统的动态特性和响应速度。
第一方面，本发明实施例提供了一种永磁同步电机电流前馈解耦方法，包括：
S110、计算d轴的电流偏差IdErr和q轴的电流偏差IqErr，并将IdErr和IqErr分别作为d轴PI控制器的输入和q轴PI控制器的输入；
S120、根据所述d轴的电流偏差IdErr和所述q轴的电流偏差IqErr计算d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd；
S130、根据所述d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd计算d轴当前步长的电压初始值Udint和q轴当前步长的电压初始值Uqint；
S140、根据所述d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd，以及d轴当前步长的电压初始值Udint和q轴当前步长的电压初始值Uqint确定d轴的电压控制量UdUnlim和q轴的电压控制量UqUnlim；
S150、对所述d轴的电压控制量UdUnlim和q轴的电压控制量UqUnlim进行限幅后，输出d轴的电压输出量UdPI和q轴的电压输出量UqPI。
第二方面，本发明实施例还提供了一种永磁同步电机电流前馈解耦装置，包括：
PI控制器输入模块，用于计算d轴的电流偏差IdErr和q轴的电流偏差IqErr，并将IdErr和IqErr分别作为d轴PI控制器的输入和q轴PI控制器的输入；
电压增量计算模块，用于根据所述d轴的电流偏差IdErr和所述q轴的电流偏差IqErr计算d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd；
电压初始值计算模块，用于根据所述d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd计算d轴当前步长的电压初始值Udint和q轴当前步长的电压初始值Uqint；
电压控制量计算模块，用于根据所述d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd，以及d轴当前步长的电压初始值Udint和q轴当前步长的电压初始值Uqint确定d轴的电压控制量UdUnlim和q轴的电压控制量UqUnlim；
电压输出模块，用于对所述d轴的电压控制量UdUnlim和q轴的电压控制量UqUnlim进行限幅后，输出d轴的电压输出量UdPI和q轴的电压输出量UqPI。
本发明通过计算d轴和q轴的电流偏差，将其分别作为d轴和q轴PI控制器的输入，通过分别计算d轴和q轴的电压增量、电压初始值以及电压控制量，进而对电压控制量进行限幅后，分别确定PI控制器d轴的电压输出量和q轴的电压输出量，实现了每一个输入只控制相应的一个输出，从而消除了因为外界扰动所带来的控制系统的波动，提高了控制系统的动态特性和响应速度。
附图说明
图1为永磁同步电机电流前馈解耦方法的流程图；
图2为永磁同步电机前馈解耦控制原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
参见图1和图2，本发明实施例提供一种永磁同步电机电流前馈解耦方法。图1为永磁同步电机电流前馈解耦方法的流程图，图2为永磁同步电机前馈解耦控制原理框图。
该方法具体包括如下步骤：
S110、计算d轴的电流偏差IdErr和q轴的电流偏差IqErr，并将IdErr和IqErr分别作为d轴PI控制器的输入和q轴PI控制器的输入。
具体的计算公式为：IdErr＝IdDes-Id，IqErr＝IqDes-Iq；
其中，IdDes为d轴电流目标值；IqDes为q轴电流目标值。
S120、根据所述d轴的电流偏差IdErr和所述q轴的电流偏差IqErr计算d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd。
具体的计算公式为：UdAdd＝CIntdq*IdErr-CIntq*IqErr，UqAdd＝CIntdq*IqErr+CIntd*IdErr；
其中，CIntdq＝Kidq*dtIsCtl*FrqPWM，Kidq为PI控制系数，可以通过查表得到，dtIsCtl为电流环控制周期，FrqPWM为多种脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)角频率；
CIntd＝Kpd*θDelta，CIntq＝Kpq*θDelta，其中，Kpd和Kpq分别为PI控制系数，可以通过查表得到。θDelta＝(dtIsCtl*FrqPWM*OmStr)，OmStr为电机转速。
S130、根据所述d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd计算d轴当前步长的电压初始值Udint和q轴当前步长的电压初始值Uqint。
具体的计算公式为：Udint＝Udintlast+UdAdd；Uqint＝Uqintlast+UqAdd；
其中，Udintlast为上一步长d轴的初始电压值，Uqintlast为上一步长q轴的初始电压值。
S140、根据所述d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd，以及d轴当前步长的电压初始值Udint和q轴当前步长的电压初始值Uqint确定d轴的电压控制量UdUnlim和q轴的电压控制量UqUnlim。
具体的计算公式为：UdUnlim＝Udint+UdAdd；UqUnlim＝Uqint+UqAdd。
S150、对所述d轴的电压控制量UdUnlim和q轴的电压控制量UqUnlim进行限幅后，输出d轴的电压输出量UdPI和q轴的电压输出量UqPI。
本实施例中，可以通过分别设置d轴和q轴的电压控制量上限值和下限值来对UdUnlim和UqUnlim进行限幅操作。
本发明通过计算d轴和q轴的电流偏差，将其分别作为d轴和q轴PI控制器的输入，通过分别计算d轴和q轴的电压增量、电压初始值以及电压控制量，进而对电压控制量进行限幅后，分别确定PI控制器d轴的电压输出量和q轴的电压输出量，实现了每一个输入只控制相应的一个输出，从而消除了因为外界扰动所带来的控制系统的波动，提高了控制系统的动态特性和响应速度。
实施例二
本发明实施例提供一种永磁同步电机电流前馈解耦方法的应用示例。
以下是某成熟电机控制器电流控制MCT模型m_IsCtl()中的程序：
当电机运行模式为PWMRun时，进行以下控制步骤：
S210、计算d轴电流偏差IsdErrTust和q轴电流偏差IsqErrTust，分别作为d轴电流PI控制器的输入和q轴电流PI控制器的输入：
IsdErrTust＝(MCT_IsdDes-ISC_Isd)/2；
IsqErrTust＝(MCT_IsqDes-ISC_Isq)/2；
其中，MCT_IsdDes：d轴电流目标值；MCT_IsqDes：q轴电流目标值；ISC_Isd：d轴电流；ISC_Isq：q轴电流。
S220、计算积分步长角：PhiDelta＝ic_PhiDelta(dtIsCtl_P[EMC_FrqPWM]*MCT_OmStr)。
其中，dtIsCtl_P：电流环控制周期；EMC_FrqPWM：PWM角频率；MCT_OmStr：电机转速；ic_：对内部量位数进行处理；
可见，积分步长为一个PWM斩波周期，即一个PWM周期调节一次电流。
S230、分别计算d轴电压Usd和q轴电压Usq的增量ydAdd和yqAdd：
ydAdd＝cIntdq*IsdErrTust-cIntq*IsqErrTust；
yqAdd＝cIntdq*IsqErrTust+cIntd*IsdErrTust；
其中，cIntdq＝MCT_kidq*dtIsCtl_P[EMC_FrqPWM]；
cIntd＝MCT_kpd*PhiDelta；
cIntq＝MCT_kpq*PhiDelta。
S240、分别计算Usd和Usq的初始值ydInt和yqInt：
ydInt＝ic_yInt(ydInt+ydAdd)；
yqInt＝ic_yInt(yqInt+yqAdd)。
S250、计算整个控制量UsdUnlim和UsqUnlim：
首先计算ydPFF和yqPFF：
ydPFF＝MCT_kpd*IsdErrTust*2–Rv_P*ic_Is(ISC_Isd)；
yqPFF＝MCT_kpq*IsqErrTust*2–Rv_P*ic_Is(ISC_Isq)+MCT_UsqPsiExc；
其中，Rv_P：阻抗；MCT_UsqPsiExc：磁链电压；
然后计算UsdUnlim和UsqUnlim：
UsdUnlim＝ydInt+ydPFF；
UsqUnlim＝yqInt+yqPFF。
S260、对UsdUnlim和UsqUnlim进行限幅后，得到PI控制器输出量MCT_UsdPI和MCT_UsqPI。
实施例三
本发明实施例提供一种永磁同步电机电流前馈解耦装置，包括：
PI控制器输入模块，用于计算d轴的电流偏差IdErr和q轴的电流偏差IqErr，并将IdErr和IqErr分别作为d轴PI控制器的输入和q轴PI控制器的输入；
电压增量计算模块，用于根据所述d轴的电流偏差IdErr和所述q轴的电流偏差IqErr计算d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd；
电压初始值计算模块，用于根据所述d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd计算d轴当前步长的电压初始值Udint和q轴当前步长的电压初始值Uqint；
电压控制量计算模块，用于根据所述d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd，以及d轴当前步长的电压初始值Udint和q轴当前步长的电压初始值Uqint确定d轴的电压控制量UdUnlim和q轴的电压控制量UqUnlim；
电压输出模块，用于对所述d轴的电压控制量UdUnlim和q轴的电压控制量UqUnlim进行限幅后，输出d轴的电压输出量UdPI和q轴的电压输出量UqPI。其中，PI控制器输入模块用于执行：
IdErr＝IdDes-Id，IqErr＝IqDes-Iq；
其中，IdDes为d轴电流目标值；IqDes为q轴电流目标值。
电压增量计算模块，用于执行：
UdAdd＝CIntdq*IdErr-CIntq*IqErr；UqAdd＝CIntdq*IqErr+CIntd*IdErr；
其中，CIntdq＝Kidq*dtIsCtl*FrqPWM，Kidq为PI控制系数，dtIsCtl为电流环控制周期，FrqPWM为PWM角频率；
CIntd＝Kpd*θDelta，CIntq＝Kpq*θDelta，其中，Kpd和Kpq分别为PI控制系数，θDelta＝(dtIsCtl*FrqPWM*OmStr)，OmStr为电机转速。
电压初始值计算模块，用于执行：
Udint＝Udintlast+UdAdd；Uqint＝Uqintlast+UqAdd；
其中，Udintlast为上一步长d轴的初始电压值，Uqintlast为上一步长q轴的初始电压值。
电压控制量计算模块，用于执行：
UdUnlim＝Udint+UdAdd；UqUnlim＝Uqint+UqAdd。
本发明实施例所提供的永磁同步电机电流前馈解耦装置可执行本发明任意实施例所提供的永磁同步电机电流前馈解耦方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果，不再进行赘述。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种永磁同步电机电流前馈解耦方法，其特征在于，包括：
S110、计算d轴的电流偏差IdErr和q轴的电流偏差IqErr，并将IdErr和IqErr分别作为d轴PI控制器的输入和q轴PI控制器的输入；
S120、根据所述d轴的电流偏差IdErr和所述q轴的电流偏差IqErr计算d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd；
S130、根据所述d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd计算d轴当前步长的电压初始值Udint和q轴当前步长的电压初始值Uqint；
S140、根据所述d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd，以及d轴当前步长的电压初始值Udint和q轴当前步长的电压初始值Uqint确定d轴的电压控制量UdUnlim和q轴的电压控制量UqUnlim；
S150、对所述d轴的电压控制量UdUnlim和q轴的电压控制量UqUnlim进行限幅后，输出d轴的电压输出量UdPI和q轴的电压输出量UqPI。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S110具体包括：
IdErr＝IdDes-Id，IqErr＝IqDes-Iq；
其中，IdDes为d轴电流目标值；IqDes为q轴电流目标值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S120具体包括：
UdAdd＝CIntdq*IdErr-CIntq*IqErr；
UqAdd＝CIntdq*IqErr+CIntd*IdErr；
其中，CIntdq＝Kidq*dtIsCtl*FrqPWM，Kidq为PI控制系数，dtIsCtl为电流环控制周期，FrqPWM为PWM角频率；
CIntd＝Kpd*θDelta，CIntq＝Kpq*θDelta，其中，Kpd和Kpq分别为PI控制系数，θDelta＝(dtIsCtl*FrqPWM*OmStr)，OmStr为电机转速。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S130具体包括：
Udint＝Udintlast+UdAdd；Uqint＝Uqintlast+UqAdd；
其中，Udintlast为上一步长d轴的初始电压值，Uqintlast为上一步长q轴的初始电压值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S140具体包括：
UdUnlim＝Udint+UdAdd；
UqUnlim＝Uqint+UqAdd。
6.一种永磁同步电机电流前馈解耦装置，其特征在于，包括：
PI控制器输入模块，用于计算d轴的电流偏差IdErr和q轴的电流偏差IqErr，并将IdErr和IqErr分别作为d轴PI控制器的输入和q轴PI控制器的输入；
电压增量计算模块，用于根据所述d轴的电流偏差IdErr和所述q轴的电流偏差IqErr计算d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd；
电压初始值计算模块，用于根据所述d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd计算d轴当前步长的电压初始值Udint和q轴当前步长的电压初始值Uqint；
电压控制量计算模块，用于根据所述d轴的电压增量UdAdd和q轴的电压增量UqAdd，以及d轴当前步长的电压初始值Udint和q轴当前步长的电压初始值Uqint确定d轴的电压控制量UdUnlim和q轴的电压控制量UqUnlim；
电压输出模块，用于对所述d轴的电压控制量UdUnlim和q轴的电压控制量UqUnlim进行限幅后，输出d轴的电压输出量UdPI和q轴的电压输出量UqPI。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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