一種eha用永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制器的實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種EHA用永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制器的實(shí)現(xiàn)方法，具體地說(shuō)是一 種針對(duì)EHA用永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制器的實(shí)現(xiàn)方案，兼具易實(shí)現(xiàn)、抗干擾性、快速性 和與id= 0的轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方法基本特點(diǎn)等效且更具優(yōu)勢(shì)的控制性能。 (二）
【背景技術(shù)】
[0002] 工程上通常要求在EHA上使用永磁同步電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)執(zhí)行功能，對(duì)永磁同步電機(jī)的 調(diào)速系統(tǒng)提出了諸多要求，其中包括快速性、高抗干擾性等。傳統(tǒng)的調(diào)速控制方法有矢量控 制方法、直接轉(zhuǎn)矩控制、最大轉(zhuǎn)矩電流比控制、單位功率因數(shù)控制（功率因數(shù)為1的控制）、 SPWM控制等。id= 0的轉(zhuǎn)子磁鏈定向的矢量控制方法的核心思想是參照直流電機(jī)的控制 策略，將電機(jī)三相電流、電壓、磁鏈經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換，按照轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向的原則對(duì)定子電流勵(lì) 磁分量和轉(zhuǎn)矩分量進(jìn)行解耦，從而達(dá)到對(duì)交流電動(dòng)機(jī)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的分別控制。矢量控制的 前提是獲得轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的準(zhǔn)確位置，通常通過(guò)安裝絕對(duì)編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器等轉(zhuǎn)子位置傳感 器來(lái)獲得轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的準(zhǔn)確位置。矢量控制具有速度控制精確、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)良好、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、 可實(shí)現(xiàn)零速全負(fù)載控制，類(lèi)似直流電機(jī)的工作特性，并且調(diào)速范圍較大的特點(diǎn)。缺點(diǎn)是需要 經(jīng)過(guò)兩次坐標(biāo)變換，運(yùn)算量極大，對(duì)電機(jī)參數(shù)變化敏感，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜使得矢量控制的快速 性受到制約。因此，工程中需要一種更加易于實(shí)現(xiàn)、更加低成本、更加快速的永磁電機(jī)控制 器的實(shí)現(xiàn)方案。 (三）

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)電機(jī)控制器的矢量控制方案的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種、具 有快速性、抗干擾性、易實(shí)現(xiàn)、低成本的調(diào)速控制方法，并且在工程應(yīng)用中具有可行性和實(shí) 用性。本發(fā)明采用了單周控制來(lái)實(shí)現(xiàn)電流環(huán)的調(diào)節(jié)，單周控制的基本原理是在一個(gè)開(kāi)關(guān)周 期內(nèi)，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)占空比使開(kāi)關(guān)變量的平均值等于參考信號(hào)或與其成比例。這種控制方 式的優(yōu)點(diǎn)在于能在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)消除穩(wěn)態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差，具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、精確度高、 控制簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。其高動(dòng)態(tài)響應(yīng)和高精確度決定了這種控制方法的抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是（以?xún)蓪?duì)極隱極永磁同步電動(dòng)機(jī)為 例）：
[0005] 本發(fā)明的控制器為轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)控制，轉(zhuǎn)速環(huán)與傳統(tǒng)方式相同，轉(zhuǎn)速環(huán) 的輸出作為電流的參考值，需要將其變換為與反饋電流同相位的給定電流。在傳統(tǒng)的id= 〇的轉(zhuǎn)子磁鏈定向控制下，電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)與電流同相位，而反電動(dòng)勢(shì)可以由轉(zhuǎn)子位置直接獲 取，由此通過(guò)轉(zhuǎn)子位置直接得到反電動(dòng)勢(shì)的參考波形，與轉(zhuǎn)速環(huán)輸出值相乘再減去電流采 樣值即得到給定電流。對(duì)給定電流進(jìn)行選擇和調(diào)節(jié)，并生成占空比，對(duì)占空比進(jìn)行選擇送至 逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。
[0006] 對(duì)于控制器來(lái)說(shuō)，結(jié)合圖2,電流環(huán)控制核心包括三個(gè)模塊：電流選擇電路，單周 控制核心模塊，驅(qū)動(dòng)選擇電路。電流選擇和驅(qū)動(dòng)選擇電路都很適合用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)；結(jié)合 圖3,單周控制核心模塊包括一個(gè)積分器和三個(gè)加法器，兩個(gè)比較器，兩個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè) 時(shí)鐘組成，都很方便使用數(shù)字電路或簡(jiǎn)單的模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0007] 本方法相對(duì)于現(xiàn)有id= 0轉(zhuǎn)子磁鏈定向的控制方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0008] 本方法的運(yùn)算量相對(duì)于傳統(tǒng)id= 0的轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制方法而言大大減小， 對(duì)處理器的運(yùn)算能力要求大大降低；
[0009] 本方法可以采用純硬件電路實(shí)現(xiàn)（純硬件電路實(shí)現(xiàn)是指僅采用FPGA而不使用其 內(nèi)部DSP核的方法結(jié)合一些模擬電路來(lái)實(shí)現(xiàn)），而其他方法即使是采用硬件電路實(shí)現(xiàn)，也是 通過(guò)在FPGA內(nèi)的DSP核來(lái)實(shí)現(xiàn)算法的迀移，其實(shí)際上還是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)其算法的。
[0010] 本方法在電流環(huán)中采用了單周控制方法，電流調(diào)節(jié)更加快速，提高了控制系統(tǒng)的 快速性；
[0011] 本方法在電流環(huán)中采用的單周控制方法，提高了控制系統(tǒng)的抗干擾性，可以大大 減輕由于電源端的擾動(dòng)帶來(lái)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)。具有良好的魯棒性和穩(wěn)態(tài)性能。 (四）【附圖說(shuō)明】：
[0012] 圖1是本發(fā)明的電流環(huán)的核心示意圖（電流環(huán)控制核心據(jù)圖1所示）；
[0013] 圖2是本發(fā)明的單周控制核心示意圖；
[0014] 圖3是本發(fā)明方法的扇區(qū)劃分依據(jù)；
[0015] 圖4是本發(fā)明的永磁同步電機(jī)逆變器及電機(jī)本體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型示意圖；
[0016] 圖5是本發(fā)明的各扇區(qū)兩相調(diào)制不意圖；
[0017] 圖6是本發(fā)明的SVPWM控制方法扇區(qū)示意圖；
[0018] 圖7是本發(fā)明的扇區(qū)I至扇區(qū)VI的實(shí)際工作模式表；
[0019] 圖8是本發(fā)明的各扇區(qū)占空比計(jì)算公式及需控制的開(kāi)關(guān)；
[0020] 圖9是本發(fā)明的各扇區(qū)的單周控制模型；
[0021] 圖10是本發(fā)明的電流選擇與占空比選擇表；
[0022] 圖11是為了驗(yàn)證本發(fā)明的理論正確性與可行性的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)控制模 型（基于本發(fā)明的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)據(jù)圖11所示）；
[0023] 圖12是本發(fā)明的電流轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速仿真波形（永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果據(jù) 圖12所示）；
[0024] 圖13是本發(fā)明的永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相電流與相反電勢(shì)仿真波形以驗(yàn)證本發(fā) 明方法與id= 0轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制方法的等效性。 (五）【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的 限定。
[0026] (1)獲取電流給定信息
[0027] 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器或者光柵、光碼盤(pán)等獲得轉(zhuǎn)子位置，以0表示，代表轉(zhuǎn) 子磁極轉(zhuǎn)過(guò)的角度，0定義為轉(zhuǎn)子d軸與三相靜止坐標(biāo)器的A軸之間的夾角，d軸逆時(shí)針旋 轉(zhuǎn)，0為正，范圍為0彡0彡2JT。反電動(dòng)勢(shì)按照公式1獲得：
[0028]
[0029] k為反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)，《為電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位是rad/s。
[0030] 反電動(dòng)勢(shì)與反饋的三相電流之差為誤差電流，對(duì)誤差電流進(jìn)行選擇和調(diào)節(jié)。選擇 過(guò)程按照?qǐng)D11中的第一張表進(jìn)行選擇，調(diào)節(jié)過(guò)程根據(jù)圖2實(shí)現(xiàn)。
[0031] 同時(shí)，由轉(zhuǎn)子位置0進(jìn)行扇區(qū)的劃分，按照?qǐng)D3的規(guī)則劃分扇區(qū)。
[0032] (2)對(duì)選擇的電流采用單周控制的方法進(jìn)行調(diào)節(jié)
[0033] 基本數(shù)學(xué)模型：
[0034] 結(jié)合圖4,圖中三相橋的開(kāi)關(guān)分別為Qah，Qal，Qbh，Qbl，Qch，Qcl，分別為A，B，C三相的 上下橋