DE112021007713T5 - Verfahren und system zur adaptiven stromsteuerung für einen ac-servomotor - Google Patents

Abstract

Offenbart wird ein Verfahren und ein System zur adaptiven Stromsteuerung für einen AC-Servomotor. Das Verfahren umfasst Erhalten vom ursprünglichen Strom; Eingeben des ursprünglichen Stroms in einStrom-Vektor-Transformationsmodul, um die ersten Zieldaten zu generieren; Eingeben der ersten Zieldaten in einen Stromregelkreis, und gleichzeitiges Berechnen der Ableitungen der ersten Zieldaten nach der Zeit, um die zweiten Zieldaten zu erzeugen; Eingeben der zweiten Zieldaten und der Ausgabe des Stromregelkreises in ein inkrementelle inverse Dynamiksteuermodul; Eingeben der Ausgabe des inkrementellen inversen Dynamiksteuermoduls in ein Strom-Vektor-Rücktransformationsmodul. Die Erfindung erfordert kein Motormodell, das für die Abstimmung der Reglerparameter erforderlich ist, wodurch die Probleme des Stands der Technik gelöst werden, z.B. die Probleme dass die Motormodell-Erkennung (insbesondere die Online-Modellerkennung) in dem Stand der Technik die Komplexität des Systems erheblich erhöht, dass die Modellerkennung nicht garantieren kann, immer das richtige Modell und die richtigen Modellparameter zu erhalten, und dass Fuzzy-Steuerung, Sliding-Mode Regelung, auf neuronalen Netzwerken basierende Steuerung, und Anpassung nach Modellen, nicht in der Lage sind, die Stabilität des Algorithmus und ein stabiler Betrieb unter allen Arbeitsbedingungen/Belastungen/Interferenzen/Umgebungen zu gewährleisten.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Motorsteuerung und insbesondere auf ein adaptives Verfahren und System zur Stromsteuerung eines AC-Servomotors (Wechselstrom-Servomotors).
• STAND DER TECHNIK
• Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung intelligenter Technologie nutzen Menschen in ihrem Leben, ihrer Arbeit und ihrem Studium zunehmend intelligente Geräte und intelligente technologische Mittel. Dies verbessert die Lebensqualität der Menschen und erhöht die Effizienz des Lernens und Arbeitens der Menschen. Im Bereich der Motorsteuerung ist das Motorsystem im Wesentlichen ein nichtlineares, zeitlich veränderliches und unsicheres System. Der Entwurf des Steuerungssystems erfordert die Verwendung nichtlinearer adaptiver Regelalgorithmen.
• Derzeit verwenden alle Motorservosteuerungssysteme herkömmliche PID-Regelalgorithmen. Der PID-Regelalgorithmus ist ein Regelalgorithmus, der auf linearen Systemen basiert. Bei der Verwendung des PID-Algorithmus zur Steuerung eines nichtlinearen Servomotors besteht das Problem darin, wie die Proportional-, Integral- und Differentialparameter des PID angepasst werden. Aufgrund der Nichtlinearität, zeitlichen Variation und Unsicherheit des Motorsystems ist eine Offline- oder Online-Erkennung für ein nichtlineares oder lineares Motormodell erforderlich. Das erhaltene Motormodell wird verwendet, um PID-Parameter in Echtzeit oder abschnittsweise abzustimmen. Die Parameter des herkömmlichen PID-Algorithmus bleiben während des gesamten Regelungsprozesses konstant. In der tatsächlichen Anwendung kann das gesamte Regelsystem nicht im Voraus vorhergesagt werden, sodass feste PID-Parameter nicht den besten Regeleffekt des Systems erzielen können. Obwohl durch die Verwendung der Modell-Erkennung eine beträchtliche Steuerungsgenauigkeit erreicht werden kann, erhöht die Modellerkennung, insbesondere die Online-Modellerkennung, die Komplexität des Systems erheblich.
• Und die Modellerkennung kann nicht garantieren, dass immer das richtige Modell und die richtigen Modellparameter erhalten werden können. Ein solches Steuerungssystem ist schwer anzuerkennen. In ähnlicher Weise haben auch andere adaptive oder intelligente Algorithmen, z. B. Fuzzy-Steuerung, Sliding-Mode Regelung, auf neuronalen Netzwerken basierende Steuerung, Anpassung nach Modellen, usw., die Probleme, dass es nicht gewährleisten wird, dass der Algorithmus stabil ist und unter allen Arbeitsbedingungen/Belastungen/Interferenzen/Umgebunge stabil funktionieren kann.
• Gegen die oben genannten Probleme wurde bisher keine wirksame Lösung vorgeschlagen.
• INHALT DER ERFINDUNG
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren und ein System zur adaptiven Stromsteuerung eines AC-Servomotors bereit, um zumindest einige technische Probleme im Stand der Technik zu lösen, beispielsweise die Probleme dass die Motormodell-Erkennung (insbesondere die Online-Modellerkennung) die Komplexität des Systems erheblich erhöht, dass die Modellerkennung nicht garantieren kann, immer das richtige Modell und die richtigen Modellparameter zu erhalten, dass Fuzzy-Steuerung, Sliding-Mode Regelung, auf neuronalen Netzwerken basierende Steuerung, und Anpassung nach Modellen, nicht in der Lage sind, die Stabilität des Algorithmus und ein stabiler Betrieb unter allen Arbeitsbedingungen/Belastungen/Interferenzen/Umgebunge zu gewährleisten.
• Gemäß einem Aspekt der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur adaptiven Stromsteuerung eines AC-Servomotors bereit, umfassend
• Erhalten vom ursprünglichen Strom;
• Eingeben des ursprünglichen Stroms in ein Strom-Vektor-Transformationsmodul, um die ersten Zieldaten zu generieren;
• Eingeben der ersten Zieldaten in einen Stromregelkreis, und gleichzeitiges Berechnen der Ableitungen der ersten Zieldaten nach der Zeit, um die zweiten Zieldaten zu erzeugen;
• Eingeben der zweiten Zieldaten und der Ausgabe des Stromregelkreises in ein inkrementelles inverses Dynamiksteuermodul, und Eingeben der Ausgabe des inkrementellen inversen Dynamiksteuermoduls in ein Strom-Vektor-Rücktransformationsmodul.
• Darüber hinaus ist der ursprüngliche Strom ein ursprünglicher dreiphasiger Wechselstrom des Motors.
• Darüber hinaus lautet der Ausdruck des Moduls zur inkrementellen inversen Dynamiksteuerung wie folgt: $$\Delta {\text{u}}_{\text{d}}=\left({\text{u}}_{\text{d}}-{\text{u}}_{\text{d0}}\right)={\text{L}}_{\text{d}}\left({{\text{v}}_{\text{d}}-\frac{{\text{di}}_{\text{d}}}{\text{dt}}|}_0\right)$$

  

  $$\Delta {\text{u}}_{\text{q}}=\left({\text{u}}_{\text{q}}-{\text{u}}_{\text{q0}}\right)={\text{L}}_{\text{q}}\left({{\text{v}}_{\text{q}}-\frac{{\text{di}}_{\text{q}}}{\text{dt}}|}_0\right)$$

  
• Darunter ist Δu_d bzw. Δu_q das Steuerinkrement der d-Achse bzw. der q-Achse, v_d bzw. v_q ist virtuelle Steuervariable bei der inversen Dynamiksteuerung, $\Delta {\text{u}}_{\text{q}}=\left({\text{u}}_{\text{q}}-{\text{u}}_{\text{q0}}\right)={\text{L}}_{\text{q}}\left({\text{v}}_{\text{q}}-{\frac{{\text{di}}_{\text{q}}}{\text{dt}}|}_0\right)$

  

  bzw. ${\frac{{\text{di}}_{\text{q}}}{\text{dt}}|}_0$

  

  ist die Ableitung des Stroms i_d bzw. i_q nach der Zeit am Abtastpunkt, u_d bzw.
  u_q ist der aktuelle Abtastwert der Steuerausgabe der d-Achse bzw. der q-Achse,
  u_d0, u_q0 ist der vorherige Abtastwert der Steuerausgabe der d-Achse bzw. der q-Achse,
  L_d ist die d-Induktivität, L_q ist die q-Induktivität.
• Darüber hinaus umfasst die Stromsteuerung für den AC-Servomotor auch: einen Drehzahlregelkreis, einen Drehwinkelpositionsregelkreis.
• Ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt ein System zur adaptiven Stromsteuerung für einen AC-Servomotor bereit, umfassend
  ein Abtastmodul, dazu konfiguriert, den ursprünglichen Strom zu erhalten;
  ein Strom-Vektor-Transformationsmodul, das so konfiguriert ist, dass der ursprüngliche Strom in das Strom-Vektor-Transformationsmodul eingegeben wird und die ersten Zieldaten generiert wird;
  ein Stromsteuermodul, das so konfiguriert ist, dass die ersten Zieldaten in den Stromregelkreis eingegeben werden, und der Ableitungen der ersten Zieldaten nach der Zeit berechnet werden, um die zweiten Zieldaten zu erzeugen;
  ein inkrementelles inverses Dynamikmodul, das so konfiguriert ist, dass die zweiten Zieldaten und die Ausgabe des Stromregelkreises in das inkrementelle inverse Dynamiksteuermodul eingegeben werden, und die Ausgabe des inkrementellen inversen Dynamiksteuermoduls in das Strom-Vektor-Rücktransformationsmodul eingegeben werden.
• Die Erfindung offenbart auch ein nichtflüchtiges Speichermedium. Das nichtflüchtige Speichermedium enthält ein gespeichertes Programm. Bei der Ausführung steuert das Programm das Gerät, in dem sich das nichtflüchtige Speichermedium befindet, um eine beliebige Methode wie oben beschrieben auszuführen.
• Darüber hinaus offenbart die Erfindung auch ein elektronisches Gerät, umfassend einen Prozessor und einen Speicher; Computerlesbare Befehle werden im Speicher gespeichert, und der Prozessor ist in der Lage, die computerlesbaren Befehle auszuführen. Bei der Ausführung der computerlesbaren Befehle wird die oben beschriebene Methode ausgeführt.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch ein nichtflüchtiges Speichermedium bereitgestellt. Das nichtflüchtige Speichermedium enthält ein gespeichertes Programm. Bei der Ausführung steuert das Programm das Gerät, in dem sich das nichtflüchtige Speichermedium befindet, um ein Verfahren zur adaptiven Stromsteuerung für den AC-Servomotor auszuführen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch ein elektronisches Gerät bereitgestellt. Das elektronisches Gerät umfasst einen Prozessor und einen Speicher; Computerlesbare Befehle werden im Speicher gespeichert, und der Prozessor ist in der Lage, die computerlesbaren Befehle auszuführen. Bei der Ausführung der computerlesbaren Befehle wird ein Verfahren zur adaptiven Stromsteuerung für den AC-Servomotor ausgeführt.
• In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Ableitung des Stroms nach der Zeit verwendet, um das erforderliche Modell des Motorsystems zu ersetzen, Daher ist bei der inversen Dynamikregelung kein Systemmodell erforderlich. Dies löst das Problem, dass in dem Stand der Technik die Motormodel-Eerkennung (insbesondere die Online-Modellerkennung) die Komplexität des Systems erheblich erhöht, und die technischen Probleme, dass die Modellerkennung nicht garantieren kann, immer das richtige Modell und die richtigen Modellparameter zu erhalten, und dass Fuzzy-Steuerung, Sliding-Mode Regelung, auf neuronalen Netzwerken basierende Steuerung, und Anpassung nach Modellen, nicht in der Lage sind, die Stabilität des Algorithmus und ein stabiler Betrieb unter allen Arbeitsbedingungen/Belastungen/Interferenzen/Umgebungen zu gewährleisten.
• BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen dem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung, und deswegen stellen einen Teil dieser Anmeldung dar. Die veranschaulichenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und ihre Beschreibungen dienen der Erläuterung der vorliegenden Erfindung, und stellen keine unangemessene Einschränkung der vorliegenden Erfindung dar. Im beigefügten Zeichnungen:
• 1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur adaptiven Stromsteuerung für einen AC-Servomotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 2 ist ein strukturelles Blockdiagramm eines Verfahrens zur adaptiven Stromsteuerung für einen AC-Servomotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• 3 ist ein Blockdiagramm des Prinzips der Stromsteuerung eines AC-Servomotors im Stand der Technik;
• 4 ist ein Blockdiagramm des Prinzips der adaptiven Strom-Vektor-Steuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• Um Fachleuten ein besseres Verständnis der Lösungen der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, werden die technischen Lösungen in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, im Folgenden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, klar und vollständig beschrieben. Klar sind die beschriebenen Ausführungsformen nur ein Teil der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, und nicht alle Ausführungsformen. Basierend auf den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollten alle anderen Ausführungsformen, die der Fachmann ohne erfinderische Bemühungen erhalten kann, in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.
• Es ist zu beachten, dass die Begriffe „erster“, „zweiter“ usw. in der Beschreibung und den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung und den oben genannten Zeichnungen, zur Unterscheidung ähnlicher Objekte verwendet werden, und nicht unbedingt zur Beschreibung einer bestimmten Reihenfolge verwendet werden. Es versteht sich, dass die so verwendeten Daten unter geeigneten Umständen austauschbar sind, sodass die hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung auch in anderen als den hier dargestellten oder beschriebenen Abfolgen implementiert werden können. Bei den Begriffe „umfassen“ und „aufweisen“ sowie alle Variationen davon ist es beabsichtigt, dass die Abdeckung nicht ausschließlich ist. Beispielsweise muss ein Prozess, eine Methode, ein System, ein Produkt oder eine Vorrichtung, die eine Reihe von Schritten oder Einheiten umfasst, nicht auf die ausdrücklich aufgeführten beschränkt sein, sondern kann auch andere Schritte oder Einheiten umfassen, die nicht klar aufgeführt werden, oder die dem Prozess, der Methode, dem Produkt oder der Vorrichtung innewohnen.
• Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Ausführungsform des Verfahrens zur adaptiven Stromsteuerung für einen AC-Servomotor bereitgestellt. Die in den Flussdiagrammen der Figuren dargestellten Schritte können in einem Computersystem z. B. mit einem Satz computerausführbarer Befehle ausgeführt werden. Obwohl in den Flussdiagrammen eine logische Reihenfolge dargestellt ist, können die gezeigten oder beschriebenen Schritte in einigen Fällen in einer anderen Reihenfolge als hierin ausgeführt werden.
• 1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur adaptiven Stromsteuerung für einen AC-Servomotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt, umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
• Schritt S100: Erhalten des ursprünglichen Stroms.
• Der Strom ist ein dreiphasiger Wechselstrom des Motors.
• Schritt S200: Eingeben des ursprünglichen Stroms in ein Strom-Vektor-Transformationsmodul, um die ersten Zieldaten zu erzeugen.
• Schritt S300: Eingeben der ersten Zieldaten in den Stromregelkreis und gleichzeitiges Berechnen der Ableitungen der ersten Zieldaten nach der Zeit, um die zweiten Zieldaten zu erzeugen.
• Schritt S400: Eingeben der zweiten Zieldaten und der Ausgabe des Stromregelkreises in ein inkrementelles inverses Dynamiksteuermodul, und Eingeben der Ausgabe des inkrementellen inversen Dynamiksteuermoduls in ein Strom-Vektor-Rücktransformationsmodul.
• 2 ist ein strukturelles Blockdiagramm eines Verfahrens zur adaptiven Stromsteuerung für einen AC-Servomotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 2 gezeigt, umfasst das System:
• ein Erfassungsmodul zum Erhalten des ursprünglichen Stroms, dazu konfiguriert, den ursprünglichen dreiphasigen Wechselstrom des Motors zu erhalten;
• ein Steuerstrommodul, dazu konfiguriert, den ursprünglichen dreiphasigen Wechselstrom des Motors in ein Strom-Vektor-Transformationsmodul einzugeben, und die ersten Zieldaten zu erzeugen;
• ein Strom-Zeit-Ableitung-Modul, das so konfiguriert ist, zum Ableiten der ersten Zieldaten nach der Zeit, um die zweiten Zieldaten zu erzeugen;
• ein Stromsteuermodul, wobei die ersten Zieldaten mit den gewünschten ersten Zieldaten verglichen werden und das Ergebnis in das Stromsteuermodul eingegeben wird;
• insbesondere verfügt das Stromsteuermodul über die folgenden Funktionen: Proportional, Integral und/oder Differential;
• ein inkrementelles inverses Dynamikmodul, wobei die zweiten Zieldaten und die Ausgabe des Stromsteuermoduls gleichzeitig in das inkrementelle inverse Dynamiksteuermodul eingegeben werden, und die Ausgabe des inkrementellen inversen Dynamiksteuermoduls in ein Strom-Vektor-Rücktransformationsmodul eingegeben wird.
• Alternativ umfasst das System Folgendes:
• ein Abtastmodul, dazu konfiguriert, um den ursprünglichen Strom zu erhalten;
• ein Strom-Vektor-Transformationsmodul, das so konfiguriert ist, dass der ursprüngliche Strom in das Strom-Vektor-Transformationsmodul eingegeben wird und die ersten Zieldaten erzeugt wird;
• ein Stromsteuermodul, das so konfiguriert ist, dass die ersten Zieldaten in den Stromregelkreis eingegeben werden, und der Ableitungen der ersten Zieldaten nach der Zeit berechnet werden, um die zweiten Zieldaten zu erzeugen;
• ein inkrementelles inverses Dynamikmodul, das so konfiguriert ist, dass die zweiten Zieldaten und die Ausgabe des Stromregelkreises in das inkrementelle inverse Dynamiksteuermodul eingegeben werden, und die Ausgabe des inkrementellen inversen Dynamiksteuermoduls in das Strom-Vektor-Rücktransformationsmodul eingegeben werden.
• Das Strom-Vektor-Transformationsmodul und das Strom-Vektor-Rücktransformationsmodul basieren auf der Stromvektorregelungstheorie und machen die Steuerung von Wechselstrom so einfach wie die Steuerung von Gleichstrom. Zuerst wird der Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt (Strom-Vektor-Transformationsmodul), und dann wird die Steuerung in einer Gleichstromumgebung implementiert, und dann wird der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt (Strom-Vektor-Rücktransformationsmodul), um den Wechselstrommotor zu steuern, siehe 3. Das Strom-Vektor-Transformationsmodul umfasst die Clarke-Transformation und die Park-Transformation, siehe 3. Das Strom-Vektor-Rücktransformations umfasst die inverse Park-Transformation, die Raumvektor-Bandbreiten-Modulation und die inverse Clarke-Transformation (dreiphasiger Wechselrichter), siehe 3.
• Der Ausdruck des inkrementellen inversen Dynamiksteuermoduls lautet wie folgt: $$\Delta {\text{u}}_{\text{d}}=\left({\text{u}}_{\text{d}}-{\text{u}}_{\text{d0}}\right)={\text{L}}_{\text{d}}\left({{\text{v}}_{\text{d}}-\frac{{\text{di}}_{\text{d}}}{\text{dt}}|}_0\right)$$

  

  $$\Delta {\text{u}}_{\text{q}}=\left({\text{u}}_{\text{q}}-{\text{u}}_{\text{q0}}\right)={\text{L}}_{\text{q}}\left({{\text{v}}_{\text{q}}-\frac{{\text{di}}_{\text{q}}}{\text{dt}}|}_0\right)$$

  
• Darunter ist Δu_d bzw. Δu_q das Steuerinkrement der d-Achse bzw. der q-Achse, v_d bzw. v_q ist virtuelle Steuervariable bei der inversen Dynamiksteuerung, ${\frac{{\text{di}}_{\text{d}}}{\text{dt}}|}_0$

  

  bzw. ${\frac{{\text{di}}_{\text{q}}}{\text{dt}}|}_0$

  

  ist die Ableitung des Stroms i_d bzw. i_q nach der Zeit am Abtastpunkt, u_d bzw.
  u_q ist der aktuelle Abtastwert der Steuerausgabe der d-Achse bzw. der q-Achse,
  u_d0, u_q0 ist der vorherige Abtastwert der Steuerausgabe der d-Achse bzw. der q-Achse,
  L_d ist die d-Induktivität, L_q ist die q-Induktivität.
• Wie in 4 gezeigt, ist 4 insbesondere ein Blockdiagramm des Prinzips der adaptiven Stromvektorsteuerung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das mathematische Modell im System zur adaptiven Stromsteuerung für den AC-Servomotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann Strommodell, Geschwindigkeitsmodell, oder Positionsmodell sein.
• Die oben genannten drei mathematischen Modelle können sein:
• Strommodell: $$\frac{{\text{di}}_{\text{d}}}{\text{dt}}=\frac{1}{{\text{L}}_{\text{d}}}\left({\text{u}}_{\text{d}}-{\text{Ri}}_{\text{d}}+\text{p}{\mathrm{\omega }}_{\text{m}}{\text{L}}_{\text{q}}{\text{i}}_{\text{q}}\right)$$

  

  $$\frac{{\text{di}}_{\text{q}}}{\text{dt}}=\frac{1}{{\text{L}}_{\text{q}}}\left({\text{u}}_{\text{q}}-{\text{Ri}}_{\text{q}}+\text{p}{\mathrm{\omega }}_{\text{m}}{\text{L}}_{\text{d}}{\text{i}}_{\text{d}}-\text{p}{\mathrm{\omega }}_{\text{m}}{\mathrm{\psi }}_{\text{m}}\right)$$

  
• Geschwindigkeitsmodell: $$\frac{\text{d}{\omega }_{\text{m}}}{\text{dt}}=\frac{1}{\text{l}}\left\{{\text{pi}}_{\text{q}}\left[{\mathrm{\psi }}_{\text{m}}-\left({\text{L}}_{\text{q}}-{\text{L}}_{\text{d}}\right){\text{i}}_{\text{d}}\right]-\text{B}{\mathrm{\omega }}_{\text{m}}-{\text{T}}_{\text{L}}\right\}$$

  
• Positionsmodell: $$\frac{\text{d}\mathrm{\theta }}{\text{dt}}={\mathrm{\omega }}_{\text{m}}$$

  
• In den obigen Formeln (1) bis (4) sind die Variablen und Parameter wie folgt
  definiert: i_d, i_q ist d-Strom bzw. q-Strom; L_d ist die d-Induktivität, L_q ist die q-Induktivität; ω_m ist die Winkelgeschwindigkeit des Rotors; p ist die Anzahl
  der Magnetpole; T_L ist der unbekannte Lastdrehmomenteingabe; B ist der unbekannte Widerstandskoeffizient; J ist das Trägheitsmoment; R ist die unbekannte äquivalente Impedanz; θ ist der Rotorwinkel des Motor; ψ_m ist der
  Permanentmagnetfluss; u_d bzw. u_q ist der Steuereingabe der d-Achse bzw. q-Achse.
• Es ist zu beachten, dass sich ein Permanentmagnet-Synchronmotor (kurz PMSM) auf einen Synchronmotor bezieht, bei dem der Rotor Permanentmagnete anstelle von Wicklungen verwendet. Permanentmagnet-Synchronmotoren können nach der Magnetflussmethode in Radial-, Axial- oder Transversaltypen unterteilt werden. Je nach Anordnung ihrer Komponenten weisen verschiedene Permanentmagnet-Synchronmotoren unterschiedliche Leistungen hinsichtlich Wirkungsgrad, Volumen, Gewicht und Arbeitsgeschwindigkeit auf. Das Funktionsprinzip des Permanentmagnet-Synchronmotors ist das gleiche wie das des elektrisch erregten Synchronmotors. Jedoch wird die Erregung der Feldwicklung des elektrisch erregten Synchronmotors durch den vom Permanentmagneten bereitgestellten magnetischen Fluss ersetzt, wodurch die Motorstruktur einfacher wird. PMSM ist ein Synchronmotor, bei dem durch Erregung von Permanentmagneten ein synchron rotierendes Magnetfeld erzeugt wird. Der Permanentmagnet fungiert als Rotor und erzeugt ein rotierendes Magnetfeld, und durch die Ankerrückwirkung unter der Wirkung des rotierenden Magnetfelds, induziert die dreiphasige Statorwicklung einen dreiphasigen symmetrischen Strom. Zu diesem Zeitpunkt wird die kinetische Energie des Rotors in elektrische Energie umgewandelt und der PMSM wird als Generator verwendet. Wenn außerdem ein dreiphasiger symmetrischer Strom durch die Statorseite fließt, erzeugt der dreiphasige Statorstrom ein rotierendes Magnetfeld im Raum, da die dreiphasigen Statoren in ihrer räumlichen Position um 120 Grad voneinander entfernt sind. Der Rotor bewegt sich unter der Wirkung elektromagnetischer Kraft im rotierenden Magnetfeld. Zu diesem Zeitpunkt wird die elektrische Energie in kinetische Energie umgewandelt und der PMSM wird als Motor verwendet.
• Aufgrund der Existenz unbekannter Parameter und Eingaben (B, R, T_L) sind das Strommodell und das Geschwindigkeitsmodell nichtlinear und unsicher, und eine auf linearen Systemen basierende PID-Steuerung kann keine hohe Leistung garantieren. PID ist die Abkürzung für Proportional, Integral, Differential. Wie der Name schon sagt, ist der PID-Regelalgorithmus ein Regelalgorithmus, der Proportion, Integral und Differential zu einem kombiniert. Er ist der ausgereifteste und am weitesten verbreitete Regelalgorithmus in kontinuierlichen Systemen. Dieser Regelalgorithmus erschien in den 1930er und 1940er Jahren und eignet sich für Situationen, in denen das Modell des gesteuerten Objekts unklar ist. Tatsächliche Betriebserfahrungen und theoretische Analysen zeigen, dass bei Verwendung dieses Steuerregeln zur Steuerung vieler industrieller Prozesse zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden können. Der Kern der PID-Steuerung besteht darin, entsprechend dem Eingabesabweichungswert, Berechnungen gemäß der funktionalen Beziehungen von Proportion, Integral und Differential durchzuführen, und die Berechnungsergebnisse zur Steuerung der Ausgabe zu verwenden. Darüber hinaus ist bei der PID-Regelung die Regelung mit geschlossenem Regelkreis eine solche Regelungsmethode, wobei die Korrektur basierend auf der Rückmeldungsausgabe des gesteuerten Objekts durchgeführt wird. Die Korrektur erfolgt nach einer Quote oder einem Standard, wenn es eine Abweichung zwischen einer tatsächlichen Messung und der geplanten gibt. Um beispielsweise die Drehzahl eines Motors zu steuern, benötigen Sie einen Sensor, der die Drehzahl misst und die Ergebnisse an den Steuerkreis zurückmeldet. Wenn es um Regelalgorithmen vom geschlossenen Regelkreis geht, müssen wir PID erwähnen, da PID der einfachste Algorithmus vom geschlossenen Regelkreis ist. PID ist die Abkürzung für Proportional, Integral, Differential (Differentialkoeffizient), die drei Regelalgorithmen darstellen. Die Kombination dieser drei Algorithmen kann die Abweichung des gesteuerten Objekts effektiv korrigieren, sodass es einen stabilen Zustand erreichen kann.
• Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung übernimmt das Prinzip der kaskadierten inversen Dynamiksteuerung und erfordert nicht die nichtlinearen Dynamik- und Kinematikmodelle, die für die inverse Dynamiksteuerung erforderlich sind, um eine vollständige Linearisierung des Systems zu erreichen. Die spezifischen Implementierungsschritte der Ausführungsform bestehen darin, zunächst die Gleichungen 1 und 2 zu verwenden, um durch zeitliche Abtastung eine inverse Dynamiksteuerung zu erhalten: $${\text{v}}_{\text{d}}={\frac{{\text{di}}_{\text{d}}}{\text{dt}}=\frac{{\text{di}}_{\text{d}}}{\text{dt}}|}_0+\frac{1}{{\text{L}}_{\text{d}}}\left(\left({\text{u}}_{\text{d}}-{\text{u}}_{\text{d0}}\right)-\text{R}\left({\text{i}}_{\text{d}}-{\text{i}}_{\text{d0}}\right)+\text{p}{\mathrm{\omega }}_{\text{m}}{\text{L}}_{\text{q}}\left({\text{i}}_{\text{q}}-{\text{i}}_{\text{q0}}\right)\right)$$

  

  $${\text{v}}_{\text{q}}={\frac{{\text{di}}_{\text{q}}}{\text{dt}}=\frac{{\text{di}}_{\text{d}}}{\text{dt}}|}_0+\frac{1}{{\text{L}}_{\text{d}}}\left(\left({\text{u}}_{\text{q}}-{\text{u}}_{\text{q0}}\right)-\text{R}\left({\text{i}}_{\text{q}}-{\text{i}}_{\text{q0}}\right)+\text{p}{\mathrm{\omega }}_{\text{m}}{\text{L}}_{\text{d}}\left({\text{i}}_{\text{d}}-{\text{i}}_{\text{d0}}\right)\right)$$

  
• In den Formeln (5) und (6) sind v_d und v_q virtuelle Steuervariablen bei der inversen Dynamiksteuerung, $\frac{{\text{di}}_{\text{d}}}{\text{dt}}|{}_0\text{ bzw}\text{. }\frac{{\text{di}}_{\text{q}}}{\text{dt}}|{}_0$

  

  ist die Ableitung des Stroms
  i_d bzw. i_q nach der Zeit am Abtastpunkt, u_d bzw. u_q ist der aktuelle Abtastwert der Steuerausgabe der d-Achse bzw. der q-Achse u_d0, u_q0 ist der vorherige Abtastwert der Steuerausgabe der d-Achse bzw. der q-Achse,i_q0
  bzw. i_d0 ist der vorherige Abtastwert des Stroms auf der d-Achse bzw. q-Achse. Unter allen Hochgeschwindigkeits(10 kHz)-Abtastbedingungen, über die die Servomotoren bereits verfügen, kann eine inkrementelle Stromsteuerung mit inverser Dynamik erreicht werden.
• Darüber hinaus ist die Steuerung mit Strom-Vektor-Transformation der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Steuerungstheorie und ein Steuerungsverfahren für Hochleistungs-Permanentmagnet-Synchronmotoren. Zum Beispiel in einem Koordinatensystem von M und T, das mit einer synchronen Winkelgeschwindigkeit ω1 rotiert, wenn die M-Achse immer in der gleichen Richtung wie der Rotorflussvektor liegt, wird das Drehmoment des Asynchronmotors durch die Komponente i_M1 des Statorstroms auf der M-Achse bestimmt, und die Rotorflussverkettung des Asynchronmotors durch die Komponente i_T1 des Statorstroms auf der T-Achse bestimmt. Durch die Steuerung von i_M1 bzw. i_T1 wird eine vollständige Entkopplung von Drehmomentsteuerung und Flusssteuerung erreicht. $$\Delta {\text{u}}_{\text{d}}=\left({\text{u}}_{\text{d}}-{\text{u}}_{\text{d0}}\right)={\text{L}}_{\text{d}}\left({\text{v}}_{\text{d}}-\frac{{\text{di}}_{\text{d}}}{\text{dt}}|{}_0\right)$$

  

  $$\Delta {\text{u}}_{\text{q}}=\left({\text{u}}_{\text{q}}-{\text{u}}_{\text{q0}}\right)={\text{L}}_{\text{q}}\left({\text{v}}_{\text{q}}-\frac{{\text{di}}_{\text{q}}}{\text{dt}}|{}_0\right)$$

  
• Dieses Ergebnis zeigt, dass dieser Regelalgorithmus, der durch Messen des Stroms i_d bzw. i_q auf der d-Achse bzw. q-Achse und durch Berechnen der zeitlichen Ableitung des Stroms $\frac{{\text{di}}_{\text{d}}}{\text{dt}}|{}_0\text{ bzw}\text{. }\frac{{\text{di}}_{\text{q}}}{\text{dt}}|{}_0$

  

  erhalten wird, die komplexe und unsichere (R) Strommodelle vermeidet. Die Ableitung des Stroms ersetzt das Modell und übernimmt die Rolle der Regleradaption im inversen Dynamikregler. Da das angewandte Stromsystem mit Inkrementalregelung Δu_d und Δu_q vollständig linearisiert, stabilisiert und entkoppelt ist, kann die inverse dynamische virtuelle Regelung in Δu_d und Δu_q eine PID-Regelung mit festen Parametern anwenden. $${\text{v}}_{\text{d}}={\text{K}}_{\text{Pd}}\left({\text{i}}_{\text{dd}}-{\text{i}}_{\text{d}}\right)+{\text{K}}_{[\text{d}}{\displaystyle \int \left({\text{i}}_{\text{dd}}-{\text{i}}_{\text{d}}\right)\text{dt}+{\text{K}}_{\text{Dd}}\frac{\text{d}\left({\text{i}}_{\text{dd}}-{\text{i}}_{\text{d}}\right)}{\text{dt}}}$$

  

  $${\text{v}}_{\text{q}}={\text{K}}_{\text{Pq}}\left({\text{i}}_{\text{qd}}-{\text{i}}_{\text{q}}\right)+{\text{K}}_{[\text{q}}{\displaystyle \int \left({\text{i}}_{\text{qd}}-{\text{i}}_{\text{q}}\right)\text{dt}+{\text{K}}_{\text{Dq}}\frac{\text{d}\left({\text{i}}_{\text{qd}}-{\text{i}}_{\text{q}}\right)}{\text{dt}}}$$

  
• Da die relativen Grade von (1) und (2) beide 1 sind, können (9) und (10) zur PI-Regelung vereinfacht werden. $${\text{v}}_{\text{d}}={\text{K}}_{\text{Pd}}\left({\text{i}}_{\text{dd}}-{\text{i}}_{\text{d}}\right)+{\text{K}}_{[\text{d}}{\displaystyle \int \left({\text{i}}_{\text{dd}}-{\text{i}}_{\text{d}}\right)\text{dt}}$$

  

  $${\text{v}}_{\text{q}}={\text{K}}_{\text{Pq}}\left({\text{i}}_{\text{qd}}-{\text{i}}_{\text{q}}\right)+{\text{K}}_{[\text{q}}{\displaystyle \int \left({\text{i}}_{\text{qd}}-{\text{i}}_{\text{q}}\right)\text{dt}}$$

  
• In der Formel sind K_Pd, K_ld und K_Dd die
  d-Achsen-PID-Regelungskoeffizienten, , und K_Dq die
  q-Achsen-PID-Regelungskoeffizienten, i_dd bzw. i_qd die d-Achsen- bzw. q-Achsen-Regelungserwartungswerte, die durch den Drehzahlregelkreis gegeben werden.
• Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen die folgenden Merkmale auf: 1. Adaptive Steuerung, die kein Motormodell erfordert; 2. Nichtlineare Steuerung; 3. Das Steuersystem ist unempfindlich gegenüber unsicheren Systemparametern; 4. Das Steuersystem ist unempfindlich gegenüber unsicheren externen Störungen; 5. Das Steuerungssystem gewährleistet die Stabilität eines geschlossenen Regelkreises und eine leistungsstarke Steuerung unter allen realistischen Störungslastbedingungen; 6. Der Regelalgorithmus ist einfach und leicht zu implementieren.
• Durch die obigen Ausführungsformen werden die Probleme im Stand der Technik gelöst, z. B. die Probleme dass die Motormodell-Erkennung (insbesondere die Online-Modellerkennung) in dem Stand der Technik die Komplexität des Systems erheblich erhöht, dass die Modellerkennung nicht garantieren kann, immer das richtige Modell und die richtigen Modellparameter zu erhalten, und dass Fuzzy-Steuerung, Sliding-Mode Regelung, auf neuronalen Netzwerken basierende Steuerung, und Anpassung nach Modellen, nicht in der Lage sind, die Stabilität des Algorithmus und ein stabiler Betrieb unter allen Arbeitsbedingungen/Belastungen/Interferenzen/Umgebungen zu gewährleisten.
• Die Seriennummern in den obigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienen nur der Beschreibung und bedeuten nicht, dass die Ausführungsformen besser oder schlechter sind.
• In den oben erwähnten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird jede Ausführungsform mit unterschiedlichem Schwerpunkt beschrieben. Für Teile, die in einer bestimmten Ausführungsform nicht im Detail beschrieben sind, verweisen wir auf die entsprechenden Beschreibungen anderer Ausführungsformen.
• Es versteht sich, dass in dieser Anmeldung bereitgestellten Ausführungsformen der offenbarte technische Inhalt auch auf andere Weise implementiert werden kann. Die oben beschriebenen Vorrichtungsausführungsformen dienen nur der Veranschaulichung. Beispielsweise kann die Unterteilung der Einheiten eine logische Funktionsunterteilung sein, und während der tatsächlichen Implementierung kann es andere Unterteilungsmethoden geben. Beispielsweise können mehrere Einheiten oder Komponenten kombiniert oder in ein anderes System integriert werden, oder einige Funktionen können weggelassen oder nicht implementiert werden. Andererseits kann die gezeigte oder diskutierte gegenseitige Kopplung oder direkte Kopplung oder Kommunikationsverbindung, von indirekte Kopplung oder Kommunikationsverbindung über einige Schnittstellen, Einheiten oder Module handeln, und kann elektrischer oder auf andere Weise sein.
• Die als separate Komponenten beschriebenen Einheiten können physisch getrennt sein oder auch nicht, und die als Einheiten angezeigten Komponenten können physische Einheiten sein oder auch nicht, das heißt, sie können sich an einem Ort befinden oder auf mehrere Einheiten verteilt sein. Einige oder alle Einheiten können je nach tatsächlichem Bedarf ausgewählt werden, um den Zweck der Lösung dieser Ausführungsform zu erreichen.
• Darüber hinaus kann jede Funktionseinheit in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in eine Verarbeitungseinheit integriert werden, oder jede Einheit kann physisch alleine existieren, oder zwei oder mehr Einheiten können in eine Einheit integriert werden. Die oben genannten integrierten Einheiten können in Form von Hardware- oder Software-Funktionseinheiten implementiert werden.
• Wenn die integrierte Einheit in Form einer Software-Funktionseinheit implementiert und als eigenständiges Produkt verkauft oder verwendet wird, kann sie auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert werden.
• Basierend auf diesem Verständnis kann der wesentliche Teil der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung oder der Teil, der zur Technologie beiträgt, oder die gesamte oder ein Teil der technischen Lösung, in Form eines Softwareprodukts verkörpert werden. Das Computersoftwareprodukt wird auf einem Speichermedium gespeichert, und enthält eine Reihe von Befehle, um ein Computergerät (bei dem es sich um einen Personalcomputer, einen Server oder ein Netzwerkgerät usw. handeln kann) zu veranlassen, alle oder einen Teil der Schritte der in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschriebenen Verfahrens auszuführen. Zu den oben genannten Speichermedien gehören verschiedene Medien, die Programmcodes speichern können, wie z. B. U-Disk, Nur-Lese-Speicher (ROM, Read-Only Memory), Direktzugriffsspeicher (RAM, Random Access Memory), mobile Festplatte, Magnetplatte oder optische Platte, usw.
• Das Vorstehende stellt nur bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Es ist zu beachten, dass der Fachmann mehrere Verbesserungen und Modifikationen vornehmen kann, ohne von den Prinzipien der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Verbesserungen und Modifikationen sollten auch als in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallend angesehen werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur adaptiven Stromsteuerung für einen AC-Servomotor, umfassend Erhalten vom ursprünglichen Strom; Eingeben des ursprünglichen Stroms in ein Strom-Vektor-Transformationsmodul, um die ersten Zieldaten zu erzeugen; Eingeben der ersten Zieldaten in einen Stromregelkreis, und Berechnen der Ableitungen der ersten Zieldaten nach der Zeit, um die zweiten Zieldaten zu erzeugen; Eingeben der zweiten Zieldaten und der Ausgabe des Stromregelkreises in ein inkrementelles inverses Dynamiksteuermodul, und Eingeben der Ausgabe des inkrementellen inversen Dynamiksteuermoduls in ein Strom-Vektor-Rücktransformationsmodul.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der ursprüngliche Strom ein ursprünglicher dreiphasiger Wechselstrom des Motors ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Ausdruck des inkrementellen inversen Dynamiksteuermoduls wie folgt lautet: $$\Delta {\text{u}}_{\text{d}}=\left({\text{u}}_{\text{d}}-{\text{u}}_{\text{d0}}\right)={\text{L}}_{\text{d}}\left({\text{v}}_{\text{d}}-\frac{{\text{di}}_{\text{d}}}{\text{dt}}|{}_0\right)$$

   

   $$\Delta {\text{u}}_{\text{q}}=\left({\text{u}}_{\text{q}}-{\text{u}}_{\text{q0}}\right)={\text{L}}_{\text{q}}\left({\text{v}}_{\text{q}}-\frac{{\text{di}}_{\text{q}}}{\text{dt}}|{}_0\right)$$

   

   Darunter ist Δu_d bzw. Δu_q das Steuerinkrement der d-Achse bzw. der q-Achse, v_d bzw. v_q ist virtuelle Steuervariable bei der inversen Dynamiksteuerung, $\frac{{\text{di}}_{\text{d}}}{\text{dt}}|{}_0\text{ bzw}\text{. }\frac{{\text{di}}_{\text{q}}}{\text{dt}}|{}_0$

   

   ist die Ableitung des Stroms i_d bzw. i_q nach der Zeit am Abtastpunkt, u_d bzw. u_q ist der aktuelle Abtastwert der Steuerausgabe der d-Achse bzw. der q-Achse, u_d0, u_q0 ist der vorherige Abtastwert der Steuerausgabe der d-Achse bzw. der q-Achse, L_d ist die d-Induktivität, L_q ist die q-Induktivität.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Stromsteuerung für den AC-Servomotor auch einen Drehzahlregelkreis und/oder einen Drehwinkelpositionsregelkreis umfasst.
5. System zur adaptiven Stromsteuerung für einen AC-Servomotor, umfassend ein Abtastmodul, dazu konfiguriert, den ursprünglichen Strom zu erhalten; ein Strom-Vektor-Transformationsmodul, das so konfiguriert ist, dass der ursprüngliche Strom in das Strom-Vektor-Transformationsmodul eingegeben wird und die ersten Zieldaten erzeugt wird; ein Stromsteuermodul, das so konfiguriert ist, dass die ersten Zieldaten in den Stromregelkreis eingegeben werden, und der Ableitungen der ersten Zieldaten nach der Zeit berechnet werden, um die zweiten Zieldaten zu erzeugen; ein inkrementelles inverses Dynamikmodul, das so konfiguriert ist, dass die zweiten Zieldaten und die Ausgabe des Stromregelkreises in das inkrementelle inverse Dynamiksteuermodul eingegeben werden, und die Ausgabe des inkrementellen inversen Dynamiksteuermoduls in das Strom-Vektor-Rücktransformationsmodul eingegeben werden.
6. Ein nichtflüchtiges Speichermedium, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtflüchtige Speichermedium ein gespeichertes Programm enthält, das bei der Ausführung das Gerät, in dem sich das nichtflüchtige Speichermedium befindet, steuert, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
7. Ein elektronisches Gerät, umfassend einen Prozessor und einen Speicher; wobei Computerlesbare Befehle im Speicher gespeichert werden, und der Prozessor ist in der Lage, die computerlesbaren Befehle auszuführen, sodass beim Ausführung der computerlesbaren Befehle das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgeführt wird.

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