永磁同步電機(jī)的雙閉環(huán)控制器及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及永磁同步電機(jī)控制領(lǐng)域，具體涉及一種永磁同步電機(jī)的雙閉環(huán)控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁同步電機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)、數(shù)控機(jī)床、航空航天和新能源純電動汽車等領(lǐng)域有著 廣泛的應(yīng)用。永磁同步電機(jī)是一個強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，實際工作時不可避免地受到外界 干擾，而且在復(fù)雜多變的工作環(huán)境條件下，系統(tǒng)參數(shù)及負(fù)載等易發(fā)生變化，這將導(dǎo)致永磁同 步電機(jī)的控制性能變差，進(jìn)而直接影響系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速輸出。因此，控制策略是實現(xiàn)永磁同步電 機(jī)調(diào)速系統(tǒng)獲得滿意性能輸出以及提高系統(tǒng)魯棒性的重要保證。
[0003] 目前，人們針對永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制問題，采用雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，并基于矢量 控制技術(shù)，提出了諸如比例積分微分（PID)控制、自適應(yīng)控制、魯棒控制、滑?？刂?、模糊控 制等控制方法。最近幾年，鑒于分?jǐn)?shù)階控制具有明顯提高系統(tǒng)控制性能和魯棒性等優(yōu)點，有 學(xué)者開始關(guān)注永磁同步電機(jī)的分?jǐn)?shù)階控制研宄，有文獻(xiàn)分別將轉(zhuǎn)速環(huán)的整數(shù)階PI和PID控 制器擴(kuò)展成分?jǐn)?shù)階形式，并給出分?jǐn)?shù)階控制器參數(shù)的整定方法；還有的采用混合差分人工 蜂群算法分別對分?jǐn)?shù)階PI控制器的控制參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，進(jìn)一步提高了永磁同步電 機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的自適應(yīng)性、動靜態(tài)性能以及抗外界干擾能力。然而，現(xiàn)有技術(shù)均針對轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè) 計分?jǐn)?shù)階調(diào)節(jié)器，電流環(huán)仍采用傳統(tǒng)的整數(shù)階控制形式，鑒于電流環(huán)是永磁同步電機(jī)調(diào)速 伺服系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵，它對提高系統(tǒng)控制精度和響應(yīng)速度，以及改善控制性能方面有著 重要作用，因此對于電流環(huán)的分?jǐn)?shù)階控制是相當(dāng)有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在提供一種永磁同步電機(jī)的雙閉環(huán)控制方法，該控制方法克服現(xiàn)有技術(shù) 對電流環(huán)采用整數(shù)階控制時適用性差、抗干擾能力弱的缺陷，采用轉(zhuǎn)速環(huán)與電流環(huán)雙閉環(huán) 分?jǐn)?shù)階控制的方案，使得電機(jī)獲得更優(yōu)的轉(zhuǎn)速動態(tài)性能和抗負(fù)載跳變能力，且明顯改善電 機(jī)功率因數(shù)，提高了系統(tǒng)效率。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種永磁同步電機(jī)的雙閉環(huán)控制器，其特征在于：區(qū)別 與現(xiàn)有技術(shù)方法，永磁同步電機(jī)的電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)均采用了分?jǐn)?shù)階控制器。
[0006] 其中提出電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)的分?jǐn)?shù)階控制器表達(dá)式分別為
【主權(quán)項】
1. 一種永磁同步電機(jī)的雙閉環(huán)控制器，其特征在于： 該控制器為電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)分?jǐn)?shù)階雙閉環(huán)控制，其中 電流環(huán)的分?jǐn)?shù)階控制器的表達(dá)式為
轉(zhuǎn)速環(huán)的分?jǐn)?shù)階控制器表達(dá)式為
式中：ae(〇，1)是電流環(huán)控制器的分?jǐn)?shù)階積分階次參數(shù)，Xe(〇，1)是轉(zhuǎn)速環(huán)控制 器的分?jǐn)?shù)階積分階次參數(shù)，1和t,分別是電流環(huán)分?jǐn)?shù)階控制器的放大倍數(shù)和積分時間系 數(shù)；KV、和、分別為轉(zhuǎn)速環(huán)分?jǐn)?shù)階控制器的放大倍數(shù)和積分時間系數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的永磁同步電機(jī)的雙閉環(huán)控制器，其特征在于：應(yīng)用其進(jìn)行的永 磁同步電機(jī)控制方法包括以下步驟： A、 檢測永磁同步電機(jī)的三相電流ia、ib和i。，檢測永磁同步電機(jī)的實際轉(zhuǎn)速《、轉(zhuǎn)子位 置角9，三相電流ia、ib和i。經(jīng)過Clarke變換得到a、0坐標(biāo)系下的電流i，將ia、 iP結(jié)合位置角9并經(jīng)過Park變換得出d-q軸坐標(biāo)系下的定子電流id、、； B、 將電機(jī)實際轉(zhuǎn)速《與期望轉(zhuǎn)速相比較得出轉(zhuǎn)速誤差信號，轉(zhuǎn)速誤差信號經(jīng)過轉(zhuǎn) 速環(huán)分?jǐn)?shù)階控制器處理后得到q軸定子參考電流值將d軸定子電流id與預(yù)設(shè)為0的 d軸參考電流相比較得到d軸定子電流誤差信號，d軸定子電流誤差信號經(jīng)過電流環(huán)分 數(shù)階控制器處理后得到d軸定子電壓ud，將q軸定子電流iq與其參考電流iv相比較得到 q軸定子電流的誤差信號，q軸定子電流誤差信號經(jīng)過電流環(huán)分?jǐn)?shù)階控制器處理后得到q軸 定子電壓Uy C、 結(jié)合d軸定子電壓ud、q軸定子電壓uq和轉(zhuǎn)子位置角0，利用Park逆變換得到a、 0坐標(biāo)系下的電壓ua、Ufi;將ua、Ufi經(jīng)SVPWM算法處理后再經(jīng)過逆變器輸出三相定子繞組 電壓Ua、Ub和U。實現(xiàn)對永磁同步電機(jī)電機(jī)的驅(qū)動控制。
3. -種永磁同步電機(jī)，其特征在于應(yīng)用了如權(quán)利要求1所述的雙閉環(huán)控制器。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種永磁同步電機(jī)的雙閉環(huán)控制方法：A、檢測永磁同步電機(jī)的三相電流、實際轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子位置角，三相電流經(jīng)過變換得到出d-q 軸坐標(biāo)系下的定子電流；B、將電機(jī)實際轉(zhuǎn)速與期望轉(zhuǎn)速經(jīng)過轉(zhuǎn)速環(huán)分?jǐn)?shù)階控制器后得到q軸參考電流；將d軸電流、d軸參考電流經(jīng)過電流環(huán)分?jǐn)?shù)階控制器后得到d軸電壓，將q軸電流、q軸參考電流經(jīng)過電流環(huán)分?jǐn)?shù)階控制器后得到q軸電壓；C、將d-q軸電壓和轉(zhuǎn)子位置角，經(jīng)過一系列變換后輸出三相電壓實現(xiàn)對永磁同步電機(jī)控制。還提供一種永磁同步電機(jī)的雙閉環(huán)控制器。該控制器克服現(xiàn)有對電流環(huán)采用整數(shù)階控制時適用性差、抗干擾能力弱的缺陷，使電機(jī)獲得更優(yōu)轉(zhuǎn)速動態(tài)性能和抗負(fù)載跳變能力，提高電機(jī)系統(tǒng)效率。
【IPC分類】H02P21-14
【公開號】CN104617850
【申請?zhí)枴緾N201410851746
【發(fā)明人】文家燕, 高遠(yuǎn), 劉傳國, 梁程華, 婁妙樹, 胡杭芳
【申請人】廣西科技大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月31日