一种提高小容量直流母线电容电压暂态稳定性的永磁同步电机控制算法制造技术

本发明专利技术公开了一种提高小容量直流母线电容电压暂态稳定性的永磁同步电机控制算法，根据直流母线电压与电网电压绝对值的差值大小，调整电机直轴电流给定分量，提高直流母线电压的暂态稳定性，降低电网输入电流的畸变率。使用小容量薄膜电容代替功率因数校正电路，延长整个系统寿命，但薄膜电容容值小，电容电压易受电机反电动势的影响，导致电网输入电流畸变率大等一系列问题，为此，本发明专利技术根据直流母线电压与电网电压绝对值的差值来调整直轴电流给定分量，电流控制器采用内模控制器或者重复控制器或者PR控制器，实现电机的交直轴电流对周期给定信号的快速跟踪。

【技术实现步骤摘要】
一种提高小容量直流母线电容电压暂态稳定性的永磁同步电机控制算法
本专利技术涉及一种提高小容量直流母线电容电压暂态稳定性的永磁同步电机控制算法。
技术介绍
永磁同步电机具有损耗小、效率高、高功率密度以及高可靠性等优点，广泛应用于家用电器中，永磁同步电机的驱动系统硬件电路主要由整流二极管、功率因数校正电路以及三相电压型逆变器构成，该控制系统需要储能电感、电解质电容，大大增加了驱动系统的体积，电解质电容寿命容易随着周围环境温度的升高而降低，严重制约整个系统的可靠性，而且开关管的损耗较大，整个系统的利用效率低。传统的永磁同步电机驱动系统因为储能元件的存在而出现诸多问题，有专家学者提出一种只用电解质电容代替功率校正电路的方法，电解质电容能够提供稳定的直流母线电压，但仍受电解质电容寿命短以及电容体积大的制约，以及二极管导通角度小，电网输入电流畸变率高，造成电网谐波污染，第二种方法是在电路中用开关器件代替原来的不可控整流二极管，这种方法不仅降低电网输入电流的畸变率，且直流母线电压平稳，有效的提高了系统的功率因数，但是开关管损耗较大，整个控制系统效率不高，因此这种方法的应用也受到制约。针对以上出现的问题，有学者提出了用小容量的薄膜电容代替传统的功率校正电路。小容量的电容储能少，直流母线电压不稳定，波动很大，在电机转速高电网电压瞬时值低的情况下，电机的反电动势会抬高电容上的电压，此时电容上电压高于电网电压的绝对值，整流二极管关断，电网输入电流的畸变率变大，造成电网谐波污染，且整个系统功率因数低，因此，对于直流母线电压的控制成了降低电网输入电流畸变率的关键。
技术实现思路
专利技术目的：根据上述现有技术，提出一种提高小容量直流母线电容电压暂态的稳定性的永磁同步电机控制算法，提高直流母线电压的暂态稳定性，降低电网侧输入电流的畸变率。技术方案：一种提高小容量直流母线电容电压暂态稳定性的永磁同步电机控制算法，包括以下步骤：(1)，通过编码器或者霍尔位置传感器得出当前的电机转子位置角θ，并计算电机转子的实际转速ω；再将电机转子的实际转速ω通过负反馈，与给定转速ω*构成转速外环，二者相减得到转速偏差信号Δω，该转速偏差信号经速度调节器后的输出信号作为电机转矩给定值T**；(2)，将步骤(1)中的电机转矩给定值T**经过低通滤波器或进行傅里叶分解，得到转矩给定值T**的直流分量作为转矩给定值T*；将电机转子的实际转速ω、直流母线电压Vdc、电网实时电压Vs、电网电流幅值Iin以及小容量薄膜电容电流的幅值Idc输入到交直轴参考电流发生器，所述交直轴参考电流发生器包括最大转矩电流比模块，得出弱磁控制下的交轴参考电流的直流分量以及直轴参考电流的直流分量交轴电流给定值为其中θgrid为电网电压相角，θq为交轴参考电流修正角度，θq根据下式得到：直流母线电压Vdc与电网电压绝对值|Vs|做差值计算得到Δv，Δv经过查找表方式到电机的直轴电流给定调整系数k，系数k值由实验对其进行不断的修正，电机的直轴电流给定值为(3)，利用电流互感器采集逆变器的相电流ia和ib，经abc/αβ变换得到在两相静止坐标系下的α、β轴电流iα与iβ，再经αβ/dq变换得到两相旋转坐标系下的交轴电流iq和直轴电流id；将所述交轴电流iq与步骤(2)得到交轴电流给定值比较后，经过电流调节器得到交轴参考电压将所述直轴电流id和步骤(2)得到的直轴电流给定值比较后，再经电流调节器得到直轴参考电压(4)，将步骤(3)中得到两相旋转坐标系下的交轴电压信号和直轴电压信号输入到前馈解耦控制器中，根据公式得到交轴参考电压根据公式得到直轴参考电压其中，ωre为电机当前的角速度，Ld为同步坐标系下电机直轴电感，Lq为同步坐标系下电机交轴电感，ψa为电机永磁磁链；(5)，将得到的交轴参考电压信号和直轴参考电压信号以及电机当前转子位置角θ信号输给dq/αβ单元，输出两相静止坐标系下αβ轴两相电压信号和将两相电压信号和以及直流母线电压Vdc输入到SVPWM单元中，SVPWM给出六路脉冲调制信号来控制三相电压型逆变器功率管的导通与关断。进一步的，所述速度调节器采用PI调节器或PID调节器或滑模调节器或神经网络调节器；所述电流调节器采用内模控制器或者重复控制器或者PR调节器。有益效果：在使用小容量薄膜电容代替传统整流逆变电路中的PFC电路时，由于薄膜电容容值小，储能少，因此直流母线电压易受电机的反电动势的影响，可能会出现直流母线电压高于电网电压绝对值的情况，降低电网输入电流的畸变率，针对此问题，本专利技术旨在提高不同工况下的直流母线电压暂态稳定性，具有以下优点：1.系统根据直流母线电压与电网电压绝对值的差值自动调整电机的直轴电流给定分量，提高直流母线电压的暂态稳定性，降低电网输入电流的畸变率；2.系统中加入直流母线电压的前馈补偿作用，提高了整个系统的稳定性；3.系统中的电流控制器采用内模控制器或重复控制器或PR控制器，提高整个系统对于周期性信号的跟随；4.使用小容量薄膜电容代替传统的功率校正电路，缩小了整个系统的体积，降低了系统成本；附图说明图1为系统整体控制方法框图；图2为交直轴电流给定值产生框图；图3为电机工作在负载1N*m时的直流母线电压仿真波形；图4为电机工作在负载1N*m时的输入电压和输入电流仿真波形；图5为电机工作在负载1N*m时的输入电流FFT分析；图6为电机的转速仿真波形；图7为电机的转速误差波形；图8为本系统硬件结构框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。如图1所示，一种提高小容量直流母线电容电压暂态稳定性的永磁同步电机控制算法，包括以下步骤：(1)，通过编码器或者霍尔位置传感器得出当前的电机转子位置角θ，并计算电机转子的实际转速ω。再将电机转子的实际转速ω通过负反馈，与给定转速ω*构成转速外环，二者相减得到转速偏差信号Δω，该转速偏差信号经速度调节器后的输出信号作为电机转矩给定值T**。(2)，将步骤(1)中的电机转矩给定值T**经过低通滤波器或进行傅里叶分解，得到转矩给定值T**，转矩给定值T**经过低通滤波器后得到直流分量作为转矩给定值T*。将电机转子的实际转速ω、直流母线电压Vdc、电网实时电压Vs、电网电流幅值Iin以及小容量薄膜电容电流的幅值Idc输入到交直轴参考电流发生器，交直轴参考电流发生器包括最大转矩电流比模块，得出弱磁控制下的交轴参考电流的直流分量以及直轴参考电流的直流分量因直流母线电压频率为电网频率的两倍，所以交轴电流给定值为其中θgrid为电网电压相角，θq交轴参考电流偏移角度，θq根据下式得到：θq由电容电流的幅值以及电网电流的幅值决定。直流母线电压Vdc与电网电压绝对值|Vs|做差值计算得到Δv，Δv经过查找表方式到电机的直轴电流给定调整系数k，系数k值由实验对其进行不断的修正，电机的直轴电流给定值为如图2所示，图中PLL为锁相环用于取电网电压相角θgrid。(3)，利用电流互感器采集逆变器的相电流ia和ib，经abc/αβ变换得到在两相静止坐标系下的α、β轴电流iα与iβ，再经αβ/dq变换得到两相旋转坐标系下的交轴电流iq和直轴电流id。将交轴电流iq与步骤(2)得到交轴电流给定值比较后，经过电流调节器得到交轴参考电压将直轴电流id和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高小容量直流母线电容电压暂态稳定性的永磁同步电机控制算法，其特征在于，包括以下步骤：(1)，通过编码器或者霍尔位置传感器得出当前的电机转子位置角θ，并计算电机转子的实际转速ω；再将电机转子的实际转速ω通过负反馈，与给定转速ω

【技术特征摘要】
1.一种提高小容量直流母线电容电压暂态稳定性的永磁同步电机控制算法，其特征在于，包括以下步骤：(1)，通过编码器或者霍尔位置传感器得出当前的电机转子位置角θ，并计算电机转子的实际转速ω；再将电机转子的实际转速ω通过负反馈，与给定转速ω*构成转速外环，二者相减得到转速偏差信号Δω，该转速偏差信号经速度调节器后的输出信号作为电机转矩给定值T**；(2)，将步骤(1)中的电机转矩给定值T**经过低通滤波器或进行傅里叶分解，得到转矩给定值T**的直流分量作为转矩给定值T*；将电机转子的实际转速ω、直流母线电压Vdc、电网实时电压Vs、电网电流幅值Iin以及小容量薄膜电容电流的幅值Idc输入到交直轴参考电流发生器，所述交直轴参考电流发生器包括最大转矩电流比模块，得出弱磁控制下的交轴参考电流的直流分量以及直轴参考电流的直流分量交轴电流给定值为其中θgrid为电网电压相角，θq为交轴参考电流修正角度，θq根据下式得到：直流母线电压Vdc与电网电压绝对值|Vs|做差值计算得到Δv，Δv经过查找表方式到电机的直轴电流给定调整系数k，系数k值由实验对其进行不断的修正，电机的直轴电流给定值为(3)，利用电流互感器采集逆变器的相电流ia和ib，经abc/αβ...

【专利技术属性】
技术研发人员：林明耀，张贝贝，台流臣，谭广颖，付兴贺，刘凯，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32