一种永磁同步电机的无模型电流控制装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机(PMSM)的无模型电流控制方法，应用于由逆变器、电流传感器、位置传感器和直流电源构成的永磁同步电机控制系统，其特征是，所述无模型电流控制包括：交轴无模型电流调节器、直轴无模型电流调节器、坐标变换模块和空间矢量脉宽调制模块。本发明专利技术能提升电动汽车PMSM驱动系统动态和稳态性能且使PMSM驱动系统兼具强鲁棒性，从而实现电动汽车PMSM驱动系统的高效安全运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及永磁同步电机控制领域，具体地说是一种永磁同步电机的无模型电流控制方法。
技术介绍
电动汽车永磁同步电机(PMSM)驱动系统中存在多种不确定性，主要表现为PMSM的参数不确定性和逆变器非线性。PMSM的参数不确定性主要表征为电机参数的变化，电机负载运行所伴随的温度变化、铁磁材料的磁导率随温度变化及磁路饱和程度不同呈现出的非线性变化是引起电机参数变化的重要原因。逆变器的非线性特性主要来源于功率开关器件设置的死区时间、非理想开关特性以及功率开关器件存在的寄生电容。PMSM的参数不确定性和逆变器非线性会直接影响PMSM驱动系统的动态和静态性能，导致PMSM出现电流瞬态响应速度下降、电流脉动、转矩脉动及谐波损耗增加等现象，严重时甚至直接影响系统的运行稳定性。为了实现计及参数不确定性的PMSM控制，解决方案之一是在PMSM驱动系统运行时通过PMSM参数的在线辨识实现控制器参数的自适应更新。另一种解决方案是是基于PMSM数学模型设计扰动观测器，在线估计出参数不确定产生的扰动量再进行PMSM控制器设计，提升系统的控制性能及鲁棒性。无论是基于参数辨识自适应更新PMSM控制器参数的解决方案，还是基于扰动观测器设计PMSM控制器的解决方案，均依赖于PMSM定子交、直轴电压的准确获取。对于电动汽车PMSM驱动系统，定子交、直轴电压难以直接检测而且难以实现与定子电流的同步采样，为此，通常采用逆变器的直轴电压指令替代PMSM定子直轴电压，逆变器的交轴电压指令替代PMSM定子交轴电压，但是逆变器存在的非线性特性使逆变器的直轴电压指令和定子直轴电压之间、逆变器的交轴电压指令与定子交轴电压间存在偏差，减小该偏差的措施是实施逆变器非线性补偿。逆变器非线性补偿可归类为基于时间的补偿法和基于电压的补偿法两大类。基于时间补偿法因补偿难度较大已很少采用，目前国内外的研究热点已转向基于观测器设计的逆变器非线性在线补偿法，但仍然存在如何简化系统设计、有效克服电机参数变化对逆变器非线性补偿的影响并提升补偿精度和快速性等亟需解决的关键技术问题。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有电动汽车PMSM电流控制方法的不足，提出一种永磁同步电机的无模型电流控制方法，以期能提升电动汽车PMSM驱动系统动态和稳态性能；使系统兼具强鲁棒性，从而实现电动汽车PMSM驱动系统的高效安全运行。本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案：本专利技术一种永磁同步电机的无模型电流控制方法，应用于由逆变器、电流传感器、位置传感器和直流电源构成的永磁同步电机控制系统，其特点是，所述无模型电流控制包括：交轴无模型电流调节器、直轴无模型电流调节器、坐标变换模块和空间矢量脉宽调制模块；在第k个采样周期Tk下，所述坐标变换模块对所述电流传感器提供的定子a相电流ia[k]和定子b相电流ib[k]、以及所述位置传感器提供的转子实际位置角α[k]进行坐标变换，获得实际定子直轴电流id[k]和实际定子交轴电流iq[k]；所述交轴无模型电流调节器根据第k-n-1个采样周期Tk-n-1的逆变器的交轴电压指令至第k-1个采样周期Tk-1的逆变器的交轴电压指令第k-n个采样周期Tk-n的实际定子交轴电流iq[k-n]至第k个采样周期Tk的实际定子交轴电流iq[k]进行处理，获得逆变器的交轴电压指令n为设定的正整数；所述直轴无模型电流调节器根据第k-n-1个采样周期Tk-n-1的逆变器的直轴电压指令至第k-1个采样周期Tk-1的逆变器的直轴电压指令第k-n个采样周期Tk-n的实际定子直轴电流id[k-n]至第k个采样周期Tk的实际定子直轴电流id[k]进行处理，获得逆变器的直轴电压指令所述空间矢量脉宽调制模块对所述逆变器的交轴电压指令和逆变器的直轴电压指令进行处理，获得逆变器控制信号Sa[k]、Sb[k]、Sc[k]并传递给所述逆变器；所述逆变器利用所述逆变器控制信号Sa[k]、Sb[k]、Sc[k]控制所述永磁同步电机定子的三相电压；从实现对所述永磁同步电机的无模型电流控制。本专利技术一种永磁同步电机的无模型电流控制方法，应用于由逆变器、电流传感器、位置传感器和直流电源构成的永磁同步电机控制系统，其特点是，所述无模型电流控制方法是按如下步骤进行：步骤1、设定控制系统运行的采样周期为T；步骤2、获得第k个采样周期Tk实际定子直轴电流id[k]，第k个采样周期Tk实际定子交轴电流iq[k]，第k个采样周期Tk转子实际位置角α[k]；步骤2.1、利用所述电流传感器检测获得第k个采样周期Tk的定子a相电流ia[k]和第k个采样周期Tk的定子b相电流ib[k]；步骤2.2、利用所述位置传感器检测获得第k个采样周期Tk的转子实际位置角α[k]；步骤2.3、利用式(1)进行坐标变换，获得基于转子磁场定向的同步旋转坐标系下永磁同步电机的第k个采样周期Tk的实际定子直轴电流id[k]和第k个采样周期Tk的实际定子交轴电流iq[k]：id[k]iq[k]=23cosα[k]cos(α[k]-23π)cos(α[k]+23π)-sinα[k]-sin(α[k]-23π)-sin(α[k]+23π)ia[k]ib[k]-(ia[k]+ib[k])---(1)]]>式(1)中，k≥1且k取为正整数，k＝1,2,3,…；步骤3、定义n为数据窗口长度，根据第k-n-1个采样周期Tk-n-1的逆变器直轴电压指令至第k-1个采样周期Tk-1的逆变器直轴电压指令第k-n-1个采样周期Tk-n-1的逆变器交轴电压指令至第k-1个采样周期Tk-1的逆变器交轴电压指令第k-n个采样周期Tk-n的实际定子直轴电流id[k-n]至第k个采样周期Tk的实际定子直轴电流id[k]、第k-n个采样周期Tk-n的实际定子交轴电流iq[k-n]至第k个采样周期Tk的实际定子交轴电流iq[k]，利用式(2)获得第k个采样周期Tk的定子直轴未知部分估计量和第k个采样周期Tk的定子交轴未知部分估计量F^d[k]=-3n3TΣm=k-n+1k(((n-2((m-k+n)-1))×id[m-1]+αd((m-k+n)-1)T(n-((m-k+本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁同步电机的无模型电流控制方法，应用于由逆变器、电流传感器、位置传感器和直流电源构成的永磁同步电机控制系统，其特征是，所述无模型电流控制包括：交轴无模型电流调节器、直轴无模型电流调节器、坐标变换模块和空间矢量脉宽调制模块；在第k个采样周期Tk下，所述坐标变换模块对所述电流传感器提供的定子a相电流ia[k]和定子b相电流ib[k]、以及所述位置传感器提供的转子实际位置角α[k]进行坐标变换，获得实际定子直轴电流id[k]和实际定子交轴电流iq[k]；所述交轴无模型电流调节器根据第k‑n‑1个采样周期Tk‑n‑1的逆变器的交轴电压指令至第k‑1个采样周期Tk‑1的逆变器的交轴电压指令第k‑n个采样周期Tk‑n的实际定子交轴电流iq[k‑n]至第k个采样周期Tk的实际定子交轴电流iq[k]进行处理，获得逆变器的交轴电压指令n为设定的正整数；所述直轴无模型电流调节器根据第k‑n‑1个采样周期Tk‑n‑1的逆变器的直轴电压指令至第k‑1个采样周期Tk‑1的逆变器的直轴电压指令第k‑n个采样周期Tk‑n的实际定子直轴电流id[k‑n]至第k个采样周期Tk的实际定子直轴电流id[k]进行处理，获得逆变器的直轴电压指令所述空间矢量脉宽调制模块对所述逆变器的交轴电压指令和逆变器的直轴电压指令进行处理，获得逆变器控制信号Sa[k]、Sb[k]、Sc[k]并传递给所述逆变器；所述逆变器利用所述逆变器控制信号Sa[k]、Sb[k]、Sc[k]控制所述永磁同步电机定子的三相电压；从实现对所述永磁同步电机的无模型电流控制。...

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机的无模型电流控制方法，应用于由逆变器、电流传感器、位置传感
器和直流电源构成的永磁同步电机控制系统，其特征是，所述无模型电流控制包括：交轴无
模型电流调节器、直轴无模型电流调节器、坐标变换模块和空间矢量脉宽调制模块；
在第k个采样周期Tk下，所述坐标变换模块对所述电流传感器提供的定子a相电流ia[k]和
定子b相电流ib[k]、以及所述位置传感器提供的转子实际位置角α[k]进行坐标变换，获得实
际定子直轴电流id[k]和实际定子交轴电流iq[k]；
所述交轴无模型电流调节器根据第k-n-1个采样周期Tk-n-1的逆变器的交轴电压指令
至第k-1个采样周期Tk-1的逆变器的交轴电压指令第k-n个采样周期
Tk-n的实际定子交轴电流iq[k-n]至第k个采样周期Tk的实际定子交轴电流iq[k]进行处理，获
得逆变器的交轴电压指令n为设定的正整数；
所述直轴无模型电流调节器根据第k-n-1个采样周期Tk-n-1的逆变器的直轴电压指令
至第k-1个采样周期Tk-1的逆变器的直轴电压指令第k-n个采样周期
Tk-n的实际定子直轴电流id[k-n]至第k个采样周期Tk的实际定子直轴电流id[k]进行处理，
获得逆变器的直轴电压指令所述空间矢量脉宽调制模块对所述逆变器的交轴电压指令和逆变器的直轴电压指
令进行处理，获得逆变器控制信号Sa[k]、Sb[k]、Sc[k]并传递给所述逆变器；
所述逆变器利用所述逆变器控制信号Sa[k]、Sb[k]、Sc[k]控制所述永磁同步电机定子的
三相电压；从实现对所述永磁同步电机的无模型电流控制。
2.一种永磁同步电机的无模型电流控制方法，应用于由逆变器、电流传感器、位置传感
器和直流电源构成的永磁同步电机控制系统，其特征是，所述无模型电流控制方法是按如下
步骤进行：
步骤1、设定控制系统运行的采样周期为T；
步骤2、获得第k个采样周期Tk实际定子直轴电流id[k]，第k个采样周期Tk实际定子交轴
电流iq[k]，第k个采样周期Tk转子实际位置角α[k]；
步骤2.1、利用所述电流传感器检测获得第k个采样周期Tk的定子a相电流ia[k]和第k个
采样周期Tk的定子b相电流ib[k]；
步骤2.2、利用所述位置传感器检测获得第k个采样周期Tk的转子实际位置角α[k]；
步骤2.3、利用式(1)进行坐标变换，获得基于转子磁场定向的同步旋转坐标系下永磁同步

\t电机的第k个采样周期Tk的实际定子直轴电流id[k]和第k个采样周期Tk的实际定子交轴电
流iq[k]：
id[k]iq[k]=23cosα[k]cos(α[k]-23π)cos(α[k]+23π)-sinα[k]-sin(α[k]-23π)-sin(α[k]+23π)ia[k]ib[k]-(ia[k]+ib[k])---(1)]]>式(1)中，k≥1且k取为正整数，k＝1,2,3,…；
步骤3、定义n为数据窗口长度，根据第k-n-1个采样周期Tk-n-1的逆变器直轴电压指令
至第k-1个采样周期Tk-1的逆变器直轴电压指令第k-...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红梅，周亚男，姚宏洋，张恒果，刘立文，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34