一種永磁同步電機的分?jǐn)?shù)階pi速度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及隨動控制系統(tǒng)，尤其涉及隨動系統(tǒng)的永磁同步電機控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨動系統(tǒng)在各類武器系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，如高炮、地炮、火箭炮等，而目前 的隨動系統(tǒng)廣泛采用基于永磁同步電機的交流隨動系統(tǒng)，以永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)組成的 速度環(huán)內(nèi)環(huán)，其控制性能的好壞對隨動系統(tǒng)的總體性能影響很大，并直接影響著隨動系統(tǒng) 參數(shù)的調(diào)試，因此，其速度環(huán)的設(shè)計至關(guān)重要，一般地，實際中的速度環(huán)普遍采用比例-積 分（PI)控制，其參數(shù)調(diào)節(jié)方便，控制器設(shè)計靈活，可滿足多數(shù)的指標(biāo)要求。PI控制器屬于 整數(shù)階的控制范疇，其可調(diào)參數(shù)有比例增益和積分增益。但是，傳統(tǒng)PI控制方法只能滿足 兩個控制約束，例如給定的相位裕度、給定的穿越頻率等。分?jǐn)?shù)階PI作為傳統(tǒng)PI控制的推 廣，將其積分階次由整數(shù)階推廣到了任意實數(shù)，其可調(diào)參數(shù)有比例增益、積分增益和積分階 次三個，可同時滿足三個控制約束，因而控制更加靈活。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種永磁同步電機的分?jǐn)?shù)階PI速度控制 方法，相對于傳統(tǒng)的PI控制，能滿足更多的設(shè)計約束。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：
[0005] 第一步，給定相位裕度％.，_給定幅值穿越頻率ω
[0006] 第二步，在區(qū)間[α_，α_]等間隔選取Ν個點，點 /=0，K.*.si￥ -1，:其中αηιη為區(qū)間下限，α ηιη彡0.4，a nax為區(qū)間上限，α ηιη彡1.3,同時 Ν彡100,對于α = α ;的每個積分階次：
[0007] a)計算比例增益
和積分增益
，其中，
J為折算到電 機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，4為電機力矩電流系數(shù)，T。為系統(tǒng)電流環(huán)時間常數(shù)；
[0008] b)解關(guān)于ω的方程」，記作ω =，定義為相位穿越頻率；
[0009] c)計算幅值裕度
[0010] 第三步，當(dāng)α = 〇1時，對于所有計算的幅值裕度h中，選取當(dāng)h為最大值對應(yīng)的 α，并記作α = α
[0011] 第四步，選取當(dāng)α = α。時對應(yīng)的k ρ和k ;，并記作kp= k ^和k ;= k i(：;
[0012] 第五步，設(shè)計分?jǐn)?shù)階PI速度控制器，傳遞函數(shù)為 ，T u為濾 波時間常數(shù)。
[0013] 所述的臀》取值范圍為30°~70°，coeg取值范圍為30~100s ST u取值范圍為 3 ~ 6ms 〇
[0014] 本發(fā)明的有益效果是：通過該方法設(shè)計的永磁同步電機分?jǐn)?shù)階PI速度控制器，可 使系統(tǒng)在給定的相位裕度和幅值穿越頻率下，具備最大幅值裕度，系統(tǒng)具有更大的穩(wěn)定儲 備，能降低電機速度響應(yīng)的超調(diào)量。
【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。
[0016] 本發(fā)明在給定的相位裕度，給定的幅值穿越頻率ω q，使永磁同步 電機速度控制系統(tǒng)具備最大幅值裕度，對設(shè)計的分?jǐn)?shù)階ΡΙ速度控制器傳遞函數(shù)
，實現(xiàn)其比例增益kp、積分增益kp積分階次α的控制參數(shù)整定，其 中，私取值范圍為30°~70°，coeg取值范圍為30~100s ST u為濾波時間常數(shù)，取值范圍 為3~6ms。具體的實現(xiàn)步驟為：
[0017] 第一步，給定相位裕度％^給定幅值穿越頻率ω 一
[0018] 第二步，在區(qū)間[α_，α_]等間隔選取Ν個點，即點 i = 0, 1，…，Ν-1，其中α _為區(qū)間下限，取值范圍為α _彡〇. 4, α _為區(qū)間上限，取值范 圍為α min> 1. 3,同時Ν彡100,對于a = a = 〇, 1，…，Ν-1)的每個積分階次：
[0019] a)計算比例增益
和積分增益
，其中：
[0021] J為折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，電機力矩電流系數(shù)，T。為系統(tǒng)電流環(huán)時間 常數(shù)；
[0022] b)解關(guān)于ω的方程
，記作ω =，定義為相位穿越頻率；
[0023] c)計算幅值裕度
[0024] 第三步，當(dāng)a = a = 〇,…，N-1)時，對于所有計算的幅值裕度h中，選取當(dāng)h 為最大值對應(yīng)的α，并記作α = α。；
[0025] 第四步，選取當(dāng)α = α。時對應(yīng)的k ρ和k ;，并記作kp= k如和k ;= k i(：;
[0026] 第五步，設(shè)計分?jǐn)?shù)階PI速度控制器，傳遞函數(shù)為
。S表示 拉普拉斯算子。
[0027] 實施例1 :
[0028] 設(shè) Tc= 1ms，J = 0· 003429kg · m 2, CT= 0· 601Nm/A，T u= 3ms，則分?jǐn)?shù)階 PI 速度 控制器的設(shè)計和參數(shù)整定實現(xiàn)步驟為：
[0029] 第一步，給定相位裕度％, 合定幅值穿越頻率
[0030] 第二步，在區(qū)間[0. 4, 1. 3]等間隔選取100個點，即點
h0，ld
對于α = α ; (i = 〇, 1，…，99)的每個積分階次：
[0031] a)計算比例增益
·，和積分增益 ，其中：
[0033] J為折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，電機力矩電流系數(shù)，T。為系統(tǒng)電流環(huán)時間 常數(shù)；
[0034] b)解關(guān)于ω的方程：
，..記作ω = ω ^，定義為相位穿越頻率；
[0036] c)計算幅值裕度：
[0038] 第三步，當(dāng)α = a = 〇,…，99)時，對于所有計算的幅值裕度h中，選取當(dāng)h為 最大值對應(yīng)的α，并記作α = α。；
[0039] 第四步，選取當(dāng)α = α。時對應(yīng)的k ρ和k ;，并記作kp= k如和k ;= k i(：;
[0040] 第五步，設(shè)計分?jǐn)?shù)階PI速度控制器，傳遞函數(shù)為
[0041] 實施例2:
[0042] 設(shè) Tc= 1ms，J = 0· 003429kg · m 2, CT= 0· 601Nm/A，T u= 6ms，則分?jǐn)?shù)階 PI 速度 控制器的設(shè)計和參數(shù)整定實現(xiàn)步驟為：
[0043] 第一步，給定相位裕度％, =70°，給定幅值穿越頻率100s S
[0044] 第二步，在區(qū)間[0. 4, 1. 3]等間隔選取100個點，即點
i = 0丄·
對于α = α ; (i = 〇, 1,…，99)的每個積分階次：
[0045] a)計算比例增益
和積分增益 ，其中：
[0047] J為折算到電機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，(^為電機力矩電流系數(shù)，T。為系統(tǒng)電流環(huán)時間 常數(shù)；
[0048] b)解關(guān)于ω的方程：
，記作ω = ω。。，定義為相位穿越頻率；
[0050] C)計算幅值裕度：
[0052] 第三步，當(dāng)a = a = 〇,…，99)時，對于所有計算的幅值裕度h中，選取當(dāng)h為 最大值對應(yīng)的α，并記作α = α。；
[0053] 第四步，選取當(dāng)α = α。時對應(yīng)的k ρ和k 并記作kp= k ^和k k i(：;
[0054] 第五步，設(shè)計分?jǐn)?shù)階PI速度控制器，傳遞函數(shù)為
【主權(quán)項】
1. 一種永磁同步電機的分?jǐn)?shù)階PI速度控制方法，其特征在于包括下述步驟： 第一步，給定相位裕度Ρ?.，給定幅值穿越頻率ωeg; 第二步，在區(qū)間[α_，α_]等間隔選取N個點，^,i= 0, 1，…，N-1，其中αηιη為區(qū)間下限，αηιη彡〇· 4，anax為區(qū)間上限，αηιη彡1. 3,同時 N彡100,對于α=α;的每個積分階次： a) 計算比例增益F口積分增益其中，J為折算到電 機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，4為電機力矩電流系數(shù)，T。為系統(tǒng)電流環(huán)時間常數(shù)； b) 解關(guān)于ω的方程-Τ，記作ω =ω^，定義為相位穿越頻率； c) 計算幅值裕5第三步，當(dāng)α= (^時，對于所有計算的幅值裕度h中，選取當(dāng)h為最大值對應(yīng)的α， 并記作α=α 第四步，選取當(dāng)α=α。時對應(yīng)的kp和kp并記作kp=kpt^Pki=ki。； 第五步，設(shè)計分?jǐn)?shù)階PI速度控制器，傳遞函數(shù)為Tu為濾波時 間常數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步電機的分?jǐn)?shù)階PI速度控制方法，其特征在于：所述 的I取值范圍為30。~70。，coeg取值范圍為30~100sSTu取值范圍為3~6ms。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種永磁同步電機的分?jǐn)?shù)階PI速度控制方法，在給定的相位裕度和幅值穿越頻率下，使永磁同步電機速度控制系統(tǒng)具備最大幅值裕度，對設(shè)計的分?jǐn)?shù)階PI速度控制器傳遞函數(shù)實現(xiàn)其比例增益、積分增益和積分階次的控制參數(shù)整定。本發(fā)明設(shè)計的永磁同步電機分?jǐn)?shù)階PI速度控制器，可使系統(tǒng)在給定的相位裕度和幅值穿越頻率下，具備最大幅值裕度，系統(tǒng)具有更大的穩(wěn)定儲備，能降低電機速度響應(yīng)的超調(diào)量。
【IPC分類】H02P6/08
【公開號】CN105262382
【申請?zhí)枴緾N201510724573
【發(fā)明人】李長紅, 高嵩, 韓耀鵬, 邊黨偉
【申請人】中國兵器工業(yè)集團第二O二研究所
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月30日