CN210958215U - 基于h无穷控制的永磁同步电机矢量控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于H无穷控制的永磁同步电机矢量控制系统，其包括转速环H∞鲁棒控制器、电流环PI控制器、Park逆变换模块、空间矢量脉宽调制模块、逆变器模块、永磁同步电机模块、Clark变换模块、Park变换模块、转速计算模块、二阶低通逆变器。本实用新型通过二阶低通滤波器使得永磁同步电机矢量控制系统在受到外干扰时，能够保持良好的快速响应能力和抗干扰能力。同时，转速环H∞鲁棒控制器能够有效地抑制永磁同步电机的参数摄动对控制系统带来的影响，提升了整个系统的鲁棒性。
Description
技术领域
本实用新型属于永磁同步电机矢量控制技术领域，具体指代一种基于混合灵敏度H∞鲁棒控制的永磁同步电机矢量控制系统。
背景技术
永磁同步电机凭借其优秀的快速响应能力、高功率因素、高效率、无刷、体积小等优点，被广泛应用于航空、航天、汽车等国防和国民经济领域。由永磁同步电机的结构和电磁原理可知，其是一个具有强耦合、非线性的复杂多变量系统。为了实现对永磁同步电机的控制，一般采用坐标系变换的方法使其系统模型得到解耦，并选用矢量控制策略，使得永磁同步电机的控制方式与直流电机控制方式类似，从而可以通过控制q轴电流来间接控制电机转矩，实现整个电机的控制。
采用矢量控制的永磁同步电机控制系统有两个闭环，分别为电流环和转速环。一般，电流环和转速环均采用常见的PI控制方法。但是，在航空航天、车辆、数控机床等对电机伺服性能要求非常高的应用场合，传统的PI控制方法不能满足要求。同时，恶劣工作环境中的外干扰也使得检测得到的转速信号中含有较多高频噪声信号，影响电机控制的精度。于是，使永磁同步电机具有优异的鲁棒性和抗干扰能力成为了需要解决的问题。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于H无穷控制的永磁同步电机矢量控制系统，以解决现有技术中永磁同步电机矢量控制的鲁棒性和抗干扰能力较差的问题。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
本实用新型的一种基于H无穷控制的永磁同步电机矢量控制系统，包括：转速环H∞鲁棒控制器、电流环PI控制器、Park逆变换模块、空间矢量脉宽调制模块(SVPWM模块)、逆变器模块、永磁同步电机模块(PMSM模块)、Clark变换模块、Park变换模块、转速计算模块、二阶低通滤波器；其中，
转速环H∞鲁棒控制器，其输入端输入设定转速Nset与滤波后实际转速
的差值，输出 q轴的参考电流
给电流环PI控制器；
电流环PI控制器，包含两个电流环PI控制器，其中，第一个电流环PI控制器的输入为转速环H∞鲁棒控制器输出的q轴参考电流
与Park变换模块输出的实际q轴电流iq的差值，经过该第一个电流环PI控制器后，输出q轴电压uq给Park逆变换模块；第二个电流环PI控制器的输入为d轴参考电流
与Park变换模块输出的实际d轴电流id的差值，其经过该第二个电流环PI控制器后，输出d轴电压ud给Park逆变换模块；
Park逆变换模块，其接收上述两个电流环PI控制器分别输出的d轴和q轴的电压ud、uq和永磁同步电机模块输出的转子电角度θe后，经过坐标轴变换，输出α轴和β轴的电压uα、 uβ给空间矢量脉宽调制模块；
空间矢量脉宽调制模块，其接收Park逆变换模块输出α轴和β轴的电压uα、uβ，通过调制处理后，输出调制信号给逆变器模块；
逆变器模块，其接收空间矢量脉宽调制模块输出的调制信号后，输出三相电流iA、iB、iC给永磁同步电机模块和Clark变换模块；
永磁同步电机模块，其接收外部输入的负载转矩TL和逆变器模块输出的三相电流iA、iB、iC，经过永磁同步电机模块后，检测输出角速度ωr和转子电角度θe；输出角速度ωr给转速计算模块，输出转子电角度θe给Park变换模块和Park逆变换模块；
Clark变换模块，其接收逆变器模块输出的三相电流iA、iB、iC，经过Clark变换后，输出α轴和β轴的电流iα、iβ给Park变换模块；
Park变换模块，其接收Clark变换模块输出的α轴和β轴的电流iα、iβ和永磁同步电机模块输出的转子电角度θe后，经过Park变换后，分别输出d轴和q轴的实际电流id、iq给电流环PI控制器作为输入；
转速计算模块，将永磁同步电机模块输出的实际角速度ωr转换为实际转速Nr，并将实际转速Nr输出给二阶低通滤波器；
二阶低通滤波器，其接收转速计算模块输出的实际转速Nr，并对实际转速信号进行低通滤波；将滤波后实际转速
输出给转速环H∞鲁棒控制器。
所述二阶低通滤波器的一般数学表达形式为：
式中，a、b、c为三个常数项，一般根据经验来确定其大小。
本实用新型的有益效果：
本实用新型相较于传统的基于PI控制的永磁同步电机矢量控制系统，具有相应速度快，抗干扰能力强、鲁棒性好等优点。
本实用新型能够降低永磁同步电机工作时参数的加性摄动和乘性摄动对系统的影响，显著提高了永磁同步电机这种非线性、强耦合系统的抗干扰能力和鲁棒性。同时，本实用新型还采用了二阶低通滤波器对实际转速信号进行了低通滤波，有效地祛除了外干扰对转速信号造成的影响，提高了实际转速信号的精度，从而，避免了转速信号失真造成的电机失控。
附图说明
图1是本实用新型系统的总体结构图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。
参照图1所示，本实用新型的一种基于H无穷控制的永磁同步电机矢量控制系统，包括：转速环H∞鲁棒控制器、电流环PI控制器、Park逆变换模块、空间矢量脉宽调制模块(SVPWM 模块)、逆变器模块、永磁同步电机模块(PMSM模块)、Clark变换模块、Park变换模块、转速计算模块、二阶低通滤波器；其中，
转速环H∞鲁棒控制器，用于对转速环的控制，使电机启动和变速时，转速能够快速达到设定值，并维持稳定；其输入端输入设定转速Nset与滤波后实际转速Nr的差值，经过转速环H∞鲁棒控制器后输出q轴的参考电流
给电流环PI控制器；
电流环PI控制器，用于对电流环进行控制，使电流能够快速达到参考电流
从而使电机电磁转矩达到负载转矩；包含两个电流环PI控制器，其中，第一个电流环PI控制器的输入为转速环H∞鲁棒控制器输出的q轴参考电流
与Park变换模块输出的实际q轴电流iq的差值，经过该第一电流环PI控制器后，输出q轴电压uq给Park逆变换模块；第二个电流环PI控制器的输入为d轴参考电流
与Park变换模块输出的实际d轴电流id的差值，其经过该第二个电流环PI控制器后，输出d轴电压ud给Park逆变换模块；
Park逆变换模块，其接收上述两个电流环PI控制器分别输出的d轴和q轴的电压ud、uq和永磁同步电机模块输出的转子电角度θe后，经过坐标轴变换，输出α轴和β轴的电压uα、 uβ给空间矢量脉宽调制模块；
空间矢量脉宽调制模块，其接收Park逆变换模块输出α轴和β轴的电压uα、uβ，通过调制处理后，输出调制信号给逆变器模块；
逆变器模块，其接收空间矢量脉宽调制模块输出的调制信号后，输出三相电流iA、iB、iC给永磁同步电机模块和Clark变换模块；
永磁同步电机模块，其接收外部输入的负载转矩TL和逆变器模块输出的三相电流iA、iB、iC，经过永磁同步电机模块后，其内部的检测电路检测输出角速度ωr和转子电角度θe；输出角速度ωr给转速计算模块，输出转子电角度θe给Park变换模块和Park逆变换模块，作为坐标轴变换时所需的转子位置的参考值；
Clark变换模块，其接收逆变器模块输出的三相电流iA、iB、iC，经过Clark变换后，输出α轴和β轴的电流iα、iβ给Park变换模块；
Park变换模块，其接收Clark变换模块输出的α轴和β轴的电流iα、iβ和永磁同步电机模块输出的转子电角度θe后，经过Park变换后，分别输出d轴和q轴的实际电流id、iq给电流环PI控制器作为输入；
转速计算模块，用于将永磁同步电机模块输出的实际角速度ωr转换为实际转速Nr，并将实际转速Nr输出给二阶低通滤波器；
二阶低通滤波器，其接收转速计算模块输出的实际转速Nr，并对实际转速信号进行低通滤波；然后，将滤波后实际转速
输出给转速环H∞鲁棒控制器。
二阶低通滤波器的一般数学表达形式为：
式中，a、b、c为三个常数项，一般根据经验来确定其大小。
本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于H无穷控制的永磁同步电机矢量控制系统，其特征在于，包括：转速环H∞鲁棒控制器、电流环PI控制器、Park逆变换模块、空间矢量脉宽调制模块、逆变器模块、永磁同步电机模块、Clark变换模块、Park变换模块、转速计算模块、二阶低通滤波器；其中，
转速环H∞鲁棒控制器，其输入端输入设定转速Nset与滤波后实际转速
的差值，输出q轴的参考电流
给电流环PI控制器；
电流环PI控制器，包含两个电流环PI控制器，其中，第一个电流环PI控制器的输入为转速环H∞鲁棒控制器输出的q轴参考电流
与Park变换模块输出的实际q轴电流iq的差值，经过该第一个电流环PI控制器后，输出q轴电压uq给Park逆变换模块；第二个电流环PI控制器的输入为d轴参考电流
与Park变换模块输出的实际d轴电流id的差值，其经过该第二个电流环PI控制器后，输出d轴电压ud给Park逆变换模块；
Park逆变换模块，其接收上述两个电流环PI控制器分别输出的d轴和q轴的电压ud、uq和永磁同步电机模块输出的转子电角度θe后，经过坐标轴变换，输出α轴和β轴的电压uα、uβ给空间矢量脉宽调制模块；
空间矢量脉宽调制模块，其接收Park逆变换模块输出α轴和β轴的电压uα、uβ，通过调制处理后，输出调制信号给逆变器模块；
逆变器模块，其接收空间矢量脉宽调制模块输出的调制信号后，输出三相电流iA、iB、iC给永磁同步电机模块和Clark变换模块；
永磁同步电机模块，其接收外部输入的负载转矩TL和逆变器模块输出的三相电流iA、iB、iC，经过永磁同步电机模块后，检测输出角速度ωr和转子电角度θe；输出角速度ωr给转速计算模块，输出转子电角度θe给Park变换模块和Park逆变换模块；
Clark变换模块，其接收逆变器模块输出的三相电流iA、iB、iC，经过Clark变换后，输出α轴和β轴的电流iα、iβ给Park变换模块；
Park变换模块，其接收Clark变换模块输出的α轴和β轴的电流iα、iβ和永磁同步电机模块输出的转子电角度θe后，经过Park变换后，分别输出d轴和q轴的实际电流id、iq给电流环PI控制器作为输入；
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| CN201921358039.5U Active CN210958215U (zh) | 2019-08-21 | 2019-08-21 | 基于h无穷控制的永磁同步电机矢量控制系统 |
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