基于复矢量的电流环解耦控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及永磁同步电机控制领域，公开了一种基于复矢量的电流环解耦控制方法及系统。本发明专利技术中，根据永磁同步电机的d轴、q轴电压方程，在d‑q坐标系上构造永磁同步电机的复矢量模型的电流环被控对象的第一复矢量传递函数；将永磁同步电机的当前转速引入永磁同步电机的复矢量模型的电流环，构造一个有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数；设定复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数的核心参数，使得第二复矢量传递函数的复数零点与电流环被控对象的第一复矢量传递函数的极点完全对消；应用复矢量解耦控制器对永磁同步电机的电流环进行控制，能有效提高电流环的控制性能。

Current loop decoupling control method and system based on complex vector

The invention relates to the field of permanent magnet synchronous motor control, and discloses a current loop decoupling control method and system based on complex vector. In the invention, according to the D and q axis voltage equation of PMSM in the D Q coordinates the current complex vector model of permanent magnet synchronous motor ring object first complex vector transfer function; the permanent magnet synchronous motor current speed the introduction of permanent magnet synchronous motor vector model the current loop, construct a complex zero vector decoupling controller second complex vector transfer function; core parameter setting of complex vector decoupling controller of second complex vector transfer function, the complex second complex vector transfer function zeros and the current loop is the first control object of complex vector poles of transfer function complete cancellation; application complex vector decoupling controller to control the current of permanent magnet synchronous motor ring, can effectively improve the performance of current control loop.

【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，特别涉及基于复矢量的电流环解耦控制方法及系统。
技术介绍
永磁同步电机(permanentmagnetsynchronousmotors，PMSM)因其效率高、体积小、功率密度大、转矩脉动小等特点而被广泛应用于交流伺服领域。矢量控制在高性能的永磁同步伺服控制领域获得了广泛的应用，基于同步坐标系的同步比例积分(proportionalintegral，PI)控制器可以在较大的转速范围内实现电流指令的调节与跟踪，且稳态跟踪性能好，因而成为了交流电机电流控制的工业标准。在同步旋转坐标系下，d-q轴存在交叉耦合，而且随着转速的升高，耦合电压占定子电压的比重逐渐增大，耦合作用的影响也会越来越严重。电压前馈解耦控制(voltagefeedforwarddecouplingcontrol，VFDC)利用反馈电流和转速计算耦合项，用电压前馈来抵消旋转坐标变换引入的耦合项。与传统的电流反馈控制相比，可以提高响应速度和动态特性。但电压前馈解耦控制对参数变化敏感。在系统运行过程中，电机参数的变化会导致电压方程中交叉解耦项的不准确，而且低开关频率时，也无法完全解耦，进而导致电流调节器的动态性能并不十分理想。为提高解耦效果，学者们提出了不同的方案：动态解耦策略可以实现d、q轴电流的解耦并改善系统稳态性能，但需要较大的比例增益，容易引起超调；基于内模的解耦控制器是一种具有鲁棒性的解耦方法，但需要在解耦效果和响应速度之间做折中；基于偏差的解耦控制器兼有内模解耦的优点，但系统进入稳态前会出现震荡现象；基于神经网络的解耦方法，需要事先寻找规则，不方便推广使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于复矢量的电流环解耦控制方法及系统，能有效提高电流环的控制性能。为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式提供了一种基于复矢量的电流环解耦控制方法，包含以下步骤：获取永磁同步电机的复矢量模型的电流环被控对象的第一复矢量传递函数；将永磁同步电机的当前转速引入永磁同步电机的复矢量模型的电流环，构造一个有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数；设定复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数的核心参数，使得第二复矢量传递函数的复数零点与电流环被控对象的第一复矢量传递函数的极点完全对消；应用复矢量解耦控制器对永磁同步电机的电流环进行控制。本专利技术的实施方式还提供了一种基于复矢量的电流环解耦控制系统，包含：复矢量解耦控制器、SVPWM逆变器，永磁同步电机以及速度环PI控制器，复矢量解耦控制器与SVPWM逆变器、速度环PI控制器以及永磁同步电机连接，永磁同步电机与SVPWM逆变器连接，速度环PI控制器还与永磁同步电机连接，其中，永磁同步电机的复矢量模型的电流环被控对象的第一复矢量传递函数的极点与复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数的复数零点完全对消。本专利技术实施方式相对于现有技术而言，获取永磁同步电机的复矢量模型的电流环被控对象的第一复矢量传递函数；将永磁同步电机的当前转速引入永磁同步电机的复矢量模型的电流环，构造一个有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数；设定复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数的核心参数，使得第二复矢量传递函数的复数零点与电流环被控对象的第一复矢量传递函数的极点完全对消；应用复矢量解耦控制器对永磁同步电机的电流环进行控制，能有效提高电流环的控制性能。另外，将永磁同步电机的当前转速引入永磁同步电机的复矢量模型的电流环构造的复矢量解耦控制器的复矢量模型：将复矢量解耦控制器复矢量模型与永磁同步电机的复矢量模型相减，消除反电动势项，得到复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数为：其中，Kp、Ka、Ki为复矢量解耦控制器的核心参数，s为微分算子，通过调整复矢量解耦控制器的核心参数，可以控制第二复矢量传递函数的零点与电流环被控对象的第一复矢量传递函数的极点完全对消，有效提高电流环的控制性能。另外，设定复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数的核心参数，使得第二复矢量传递函数的复数零点与电流环被控对象的第一复矢量传递函数的极点完全对消，包括：当Ka＝1/Kp+jωe/Ki时，复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数中前面的系数可以对消一个零极点；复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数的复数零点为-Ki/Kp-jωe，当Kp/Ki＝Ls/Rs时，复数零点与第一复矢量传递函数中的极点完全对消，能有效提高电流环的控制性能。另外，基于复矢量的电流环解耦控制方法还包括：根据复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数把d轴、q轴的电压电流矢量再反变换成标量，实现复矢量解耦控制器，能有效提高电流环的控制性能。附图说明图1是根据本专利技术第一实施方式的基于复矢量的电流环解耦控制方法的流程示意图；图2是图1中步骤S10的流程示意图；图3是根据本专利技术第一实施方式的电机的复矢量模型示意图；图4是根据本专利技术第一实施方式的复矢量解耦控制器的复矢量模型示意图；图5是根据本专利技术第一实施方式的可实现的dq轴电流环模型示意图；图6是本专利技术第二实施方式的基于复矢量的电流环解耦控制系统的结构示意图；图7是本专利技术第二实施方式的基于复矢量的电流环解耦控制系统的电流跟踪仿真效果示意图；图8是本专利技术第二实施方式的基于复矢量的电流环解耦控制系统的转速仿真效果示意图；图9是现有技术中的电压前馈解耦控制系统的电流跟踪波形示意图；图10是本专利技术第二实施方式的基于复矢量的电流环解耦控制系统的电流跟踪波形示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本专利技术各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。本专利技术的第一实施方式涉及一种基于复矢量的电流环解耦控制方法。具体流程如图1所示，基于复矢量的电流环解耦控制方法包括：步骤S10：获取永磁同步电机的复矢量模型的电流环被控对象的第一复矢量传递函数。在本专利技术实施方式中，以表贴式的永磁同步电机为例，采用id＝0控制时，永磁同步电机的d轴、q轴电压方程为：其中，d、q轴的磁链方程为：ψd、ψq分别是d、q轴磁链，id、iq分别是d、q轴电流，Ld、Lq分别是d、q轴同步电感，ψf是转子磁链，ωe是电磁转速，R为定子电阻。定义复矢量则永磁同步电机电压和电流复矢量可以分别表示为：参见图2，在步骤S10中，包括：步骤S100：根据永磁同步电机的d轴、q轴电压方程，在d-q坐标系上构造永磁同步电机的复矢量模型：其中，对于表贴式的永磁同步电机，Ld＝Lq＝Ls，R＝Rs，p是微分算子，和分别是复矢量的电压和电流。步骤S101：根据永磁同步电机的复矢量模型得到电流环被控对象的第一复矢量传递函数：其中，将反电动势e＝jωeψf作为扰动项。从上式中可以得知，第一复矢量传递函数的极点为-Rs/Ls-jωe。电流环被控对象的开环传递函数只存在一个复数极点，p＝-Rs/Ls-jωe。当输出频率是0时，极点位于负实轴；随着输出频率的增加，极点在复平面上的位置会逐渐偏离负实轴。转换成复矢量后，永磁同步电机的数学模型由原来的多输入多输出系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于复矢量的电流环解耦控制方法，其特征在于，包括：获取所述永磁同步电机的复矢量模型的电流环被控对象的第一复矢量传递函数；将所述永磁同步电机的当前转速引入所述永磁同步电机的复矢量模型的电流环，构造一个有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数；设定所述复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数的核心参数，使得所述第二复矢量传递函数的所述复数零点与电流环被控对象的所述第一复矢量传递函数的极点完全对消；应用所述复矢量解耦控制器对所述永磁同步电机的电流环进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于复矢量的电流环解耦控制方法，其特征在于，包括：获取所述永磁同步电机的复矢量模型的电流环被控对象的第一复矢量传递函数；将所述永磁同步电机的当前转速引入所述永磁同步电机的复矢量模型的电流环，构造一个有复数零点的复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数；设定所述复矢量解耦控制器的第二复矢量传递函数的核心参数，使得所述第二复矢量传递函数的所述复数零点与电流环被控对象的所述第一复矢量传递函数的极点完全对消；应用所述复矢量解耦控制器对所述永磁同步电机的电流环进行控制。2.根据权利要求1所述的基于复矢量的电流环解耦控制方法，其特征在于，所述永磁同步电机的d轴、q轴电压方程为：ud=dψddt-ωeψq+Riduq=dψqdt-ωeψd+Riq]]>其中，d、q轴的磁链方程为：ψd、ψq分别是d、q轴磁链，id、iq分别是d、q轴电流，Ld、Lq分别是d、q轴同步电感，ψf是转子磁链，ωe是电磁转速，R为定子电阻；所述永磁同步电机电压和电流复矢量可以分别表示为：所述获取所述永磁同步电机的复矢量模型的电流环被控对象的第一复矢量传递函数，包括：根据永磁同步电机的d轴、q轴电压方程，在d-q坐标系上构造所述永磁同步电机的复矢量模型：u~dq=Rsi~dq+Lspi~dq+jωeLsi~dq+jωeψf]]>其中，Ld＝Lq＝Ls，R＝Rs，p是微分算子，和分别是复矢量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴为，严彩忠，丁信忠，刘虎，薄聪，李虎修，柳竹青，
申请(专利权)人：上海新时达电气股份有限公司，上海辛格林纳新时达电机有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31