CN117134672B - 一种永磁同步电机电流环前馈补偿的控制方法 - Google Patents

一种永磁同步电机电流环前馈补偿的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机电流环前馈补偿的控制方法，包括以下步骤：实时获取电机转速、d轴电流、q轴电流、校正后的d轴电感和校正后的q轴电感；根据电机转速、q轴电流和校正后的q轴电感计算d轴电流前馈补偿值；根据电机转速、d轴电流和校正后的d轴电感计算q轴电流前馈补偿值；将计算得到的d轴电流前馈补偿值和q轴电流前馈补偿值分别输入d轴PI调节器和q轴PI调节器,得到dq轴旋转坐标系下的d轴控制电压和q轴控制电压，通过坐标变换输入到svpwm发波模块，实现永磁同步电机控制。本发明可实现电流环精确解耦，实际电流能够快速准确地跟踪给定电流，使得不同负载下电流控制效果最优，提高转矩输出能力。

Description

一种永磁同步电机电流环前馈补偿的控制方法
技术领域
本发明涉及永磁同步电机的控制方法，尤其涉及一种永磁同步电机电流环前馈补偿的控制方法。
背景技术
永磁同步电机具有体积小、效率高、转矩电流比大、 功率密度高以及调速范围宽等优点，在电动汽车、工业控制等领域得到了越来越多的应用。在运动控制系统中，为了实现对永磁同步电机速度良好控制，通常采用速度电流双闭环结构，传统矢量控制中电流环PI调节器没用考虑交直轴电流耦合的问题，在速度动态调节过程中，dq轴电流会发生突变，若系统未考虑耦合因素，随着转速升高，耦合影响变大，电流环不能准确跟踪给定电流值，严重影响永磁同步电机在高性能场合的应用。
针对上述问题，国内外专家学者提出多种优化电流环控制方法，如基于内模控制的电流解耦策略以及基于偏差电流前馈解耦策略。基于内模控制的电流解耦策略解耦效果比较好，在线调节参数少，对参数变化的敏感度小。但内模控制需要被控对象的内部模型，当模型误差较大时，控制效果较差，甚至导致系统不稳定。基于偏差电流前馈解耦策略对于参数变化具有较好的鲁棒性，不过在交叉补偿项中增加了积分环节，系统在进入稳态前会出现振荡现象，影响输出转矩的稳定，对于电动汽车和电梯等舒适度要求较高的应用场合效果体验较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种控制效果好的永磁同步电机电流环前馈补偿的控制方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种永磁同步电机电流环前馈补偿的控制方法，包括以下步骤：
101）实时获取电机转速、d轴反馈电流、q轴反馈电流、校正后的d轴电感和校正后的q轴电感；
102）根据电机转速、q轴反馈电流和校正后的q轴电感计算d轴电流前馈补偿值；
103）根据电机转速、d轴反馈电流和校正后的d轴电感计算q轴电流前馈补偿值；
104）将计算得到的d轴电流前馈补偿值输入d轴PI调节器，q轴电流前馈补偿值输入q轴PI调节器, 得到dq轴旋转坐标系下的d轴控制电压和q轴控制电压/>，d轴控制电压和q轴控制电压通过坐标变换输入到svpwm发波模块，实现永磁同步电机控制。
以上所述的控制方法，d轴电流前馈补偿值为，其中， />为q轴反馈电流；为q轴电感； />为电机转子的电角速度。
以上所述的控制方法，q轴电流前馈补偿值为，其中，/>为d轴反馈电流；/>为d轴电感；/>为电机转子的电角速度，/>为电机转子永磁体磁链。
以上所述的控制方法，电机转速由编码器检测得到，d轴反馈电流、q轴反馈电流由霍尔传感器检测电机的三相输入电流，通过坐标变换得到。
以上所述的控制方法，q轴电感的标定方法为，电机静态时通过仪器测量得到q轴电感/>的初始值Lq0，在电力测功机平台，负载侧将被控电机拖动到设定转速ω*，q轴电流给定值/>为设定值，d轴电流给定值/>按设定的电流间隔值阶跃给定；q轴电感/>以初始值Lq0为基准，每次增加设定量 ，并根据公式/>计算d轴电流前馈补偿值；得到d轴反馈电流响应波形曲线；计算d轴反馈电流/>响应波形曲线与d轴电流给定值/>的偏差，如果偏差值在设定的范围内，则判定q轴电感/>的标定准确。
以上所述的控制方法，d轴电感的标定方法为，电机静态时通过仪器测量得到d轴电感/>的初始值Ld0，在电力测功机平台，负载侧将被控电机拖动到设定转速ω*，d轴电流给定值/>为设定值，q轴电流给定值/>按设定的电流间隔值阶跃给定；d轴电感/>以初始值Ld0为基准，每次增加设定量 ，并根据公式/>计算q轴电流前馈补偿值，得到q轴反馈电流/>响应波形曲线，计算q轴反馈电流/>响应波形曲线与q轴电流给定值/>的偏差，如果偏差值在设定的范围内，则判定d轴电感/>的标定为准确。
本发明可实现电流环精确解耦，实际电流能够快速准确地跟踪给定电流，使得不同负载下电流控制效果最优，提高转矩输出能力，满足永磁同步电机的高性能应用场合。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例永磁同步电机电流环控制方法的流程图。
图2是本发明实施例永磁同步电机电流环控制方法的原理图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式为永磁同步电机电流环前馈补偿控制方法，由实时获取电机转速、dq轴反馈电流与dq轴电感的检测模块，dq轴电流环前馈补偿量计算模块，叠加到传统dq轴的PI电流调节器和输出电机控制的电压模块组成。
在本发明的具体实施方式中电机转速由编码器PG检测得到，dq轴反馈电流由霍尔传感器检测三相输出电流，/>，/>通过坐标变换得到。
永磁同步电机在dq轴坐标系下的稳态时电压数学模型为下式所示：
式中、/>分别为d轴电压和q轴电压；/>、/>分别为d轴反馈电流和q轴反馈电流；/>、/>分别为d轴电感和q轴电感；/>为定子电阻；/>为转子电角速度，/>为转子永磁体磁链。
随着电机转速的增加，与转速相关的电压项所占的比重较大，而定子电阻上的压降相对较小，可忽略。可知d轴电流的耦合项和q轴电流的耦合项/>随着电机转速的升高和电流/>、/>的增大，耦合项的比重越来越大。
如图1和图2所示 ，本发明的具体实施方式为：实时获取电机转速、q轴反馈电流以及校正后的q轴电感，其中校正后的q轴电感预先标定好，线性拟合好存储在程序中，根据电机转速、电流和电感乘积实时计算d轴电流前馈补偿值（d轴电流的耦合项），计算的d轴电流前馈补偿值为d轴电流调节器前馈补偿值；
实时获取电机转速、d轴反馈电流以及校正后的d轴电感，其中校正后的d轴电感预先标定好，线性拟合好存储在程序中，根据电机转速、电流、电感乘积叠加转速与永磁体磁链实时计算q轴电流前馈补偿值（q轴电流的耦合项），计算的q轴电流前馈补偿值为q轴电流调节器前馈补偿值。
将d轴电流调节器前馈补偿值和q轴电流调节器前馈补偿值分别输入到d轴PI调节器和q轴PI调节器，计算输出得到d/q轴旋转坐标系下电机控制用的d轴输出电压和q轴输出电压/>，后通过坐标变换输入到svpwm发波模块，实现永磁同步电机高性能控制。
在具体实施方式中，q轴电感的标定方法为：电机静态时通过仪器测量得到q轴电感/>的初始值Lq0，在电力测功机平台，负载侧将被控电机拖动到0.6倍额定转速，q轴电流的给定值/>为0.2In，d轴电流的给定值/>分别阶跃给定为0.2In、0.4In ……1.8In和2In，数据间隔为0.2In，In为电机额定电流；q轴电感/>以初始值Lq0为基准，每次增加1% ，并根据公式/>计算d轴电流前馈补偿值；得到d轴反馈电流/>响应波形曲线，计算d轴反馈电流响应波形曲线与d轴电流给定值/>的偏差，如果偏差值在设定的范围内，则判定d轴电流前馈补偿值和q轴电感/>的标定为准确。d轴电感/>的标定方法为：电机静态时通过仪器测量得到d轴电感/>的初始值Ld0，在电力测功机平台，负载侧将被控电机拖动到0.6倍额定转速，d轴电流的给定值/>为0.2In， q轴电流的给定值/>分别阶跃给定0.2In、0.4In……2.8In和3In，数据间隔0.2In，In为电机额定电流；d轴电感/>以初始值Ld0为基准，每次增加1% ，并根据公式/>计算q轴电流前馈补偿值，得到q轴反馈电流响应波形曲线，计算q轴反馈电流响应波形曲线与q轴电流给定值/>的偏差，如果偏差值在设定的范围内，则判定q轴电流前馈补偿值和d轴电感/>的标定为准确。
通过线性拟合，得到电流与电感Ld和Lq的变化曲线。
与现有技术相比，本发明的永磁同步电机电流环前馈补偿控制方法具有如下优点和技术效果：预先标定好dq轴电感变化曲线，简单易于实现，可实现电流环精确解耦，使得不同负载下电流控制效果最优，使实际电流能够快速准确地跟踪给定电流，提高转矩输出能力，满足永磁同步电机高性能应用场合。

Claims (2)

1.一种永磁同步电机电流环前馈补偿的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
101）实时获取电机转速、d轴反馈电流、q轴反馈电流、校正后的d轴电感和校正后的q轴电感；
102）根据电机转速、q轴反馈电流和校正后的q轴电感计算d轴电流前馈补偿值；
103）根据电机转速、d轴反馈电流和校正后的d轴电感计算q轴电流前馈补偿值；
104）将计算得到的d轴电流前馈补偿值输入d轴PI调节器，q轴电流前馈补偿值输入q轴PI调节器, 得到dq轴旋转坐标系下的d轴控制电压和q轴控制电压/>，d轴控制电压和q轴控制电压通过坐标变换输入到svpwm发波模块，实现永磁同步电机控制；
d轴电流前馈补偿值为，其中， />为q轴反馈电流； />为q轴电感； />为电机转子的电角速度；
q轴电流前馈补偿值为，其中，/>为d轴反馈电流；/>为d轴电感；/>为电机转子的电角速度，/>为电机转子永磁体磁链；
q轴电感的标定方法为，电机静态时通过仪器测量得到q轴电感/>的初始值Lq0，在电力测功机平台，负载侧将被控电机拖动到设定转速ω*，q轴电流给定值/>为设定值，d轴电流给定值/>按设定的电流间隔值阶跃给定；q轴电感/>以初始值Lq0为基准，每次增加设定量 ，并根据公式/>计算d轴电流前馈补偿值；得到d轴反馈电流/>响应波形曲线；计算d轴反馈电流/>响应波形曲线与d轴电流给定值/>的偏差，如果偏差值在设定的范围内，则判定q轴电感/>的标定准确；
d轴电感的标定方法为，电机静态时通过仪器测量得到d轴电感/>的初始值Ld0，在电力测功机平台，负载侧将被控电机拖动到设定转速ω*，d轴电流给定值/>，为设定值，q轴电流给定值/>按设定的电流间隔值阶跃给定；d轴电感/>以初始值Ld0为基准，每次增加设定量 ，并根据公式/>计算q轴电流前馈补偿值，得到q轴反馈电流/>响应波形曲线，计算q轴反馈电流/>响应波形曲线与q轴电流给定值/>的偏差，如果偏差值在设定的范围内，则判定d轴电感/>的标定为准确。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，电机转速由编码器检测得到，d轴反馈电流、q轴反馈电流由霍尔传感器检测电机的三相输入电流，通过坐标变换得到。
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