交流伺服系统电流环中的电压前馈补偿方法技术方案

本发明专利技术涉及一种交流伺服系统电流环中的电压前馈补偿方法，包括以下步骤：通过实验的方法获取隐极式三相交流永磁同步电机的电流iq和电压uq的对应关系表；交流伺服系统中速度环输出到q轴的指令电流

Voltage Feedforward Compensation Method in Current Loop of AC Servo System

The invention relates to a voltage feed-forward compensation method in the current loop of an AC servo system, which includes the following steps: obtaining the corresponding table of current IQ and voltage UQ of a three-phase AC permanent magnet synchronous motor with hidden poles by experimental method; and outputting the instruction current from the speed loop to the q axis in an AC servo system.

【技术实现步骤摘要】
交流伺服系统电流环中的电压前馈补偿方法
本专利技术涉及一种交流伺服系统电流环中的电压前馈补偿方法，尤其是涉及隐极式交流永磁同步电机的交流伺服系统电流环中的电压前馈补偿。
技术介绍
交流伺服系统通常由交流伺服电机，功率变换器，速度、位置传感器及位置、速度和电流控制器构成，如图1所示。交流伺服系统是具有电流反馈、速度反馈和位置反馈的三闭环结构，其中电流环为内环，位置和速度环计算的目标输出最终要通过电流环来实现。电流环由电流控制器和逆变器组成，其作用是使交流伺服电机绕组电流实时地跟踪电流指令信号。为了能够快速、精确的控制交流伺服电机的电磁转矩，在交流伺服系统中，需要对交流伺服电机的d、q轴电流进行控制。当交流伺服电机为隐极式交流永磁同步电机时，q轴电流指令来自于速度环的输出，d轴电流指令直接给定为0。将交流伺服电机的三相反馈电流进行变换，得到d、q轴的反馈电流，电流控制器通过反馈电流、实际电流及其他参数，计算得出给定电压，再根据SVPWM算法产生PWM信号，功率变换器根据PWM信号对直流母线电压进行斩波处理，得到所需要的三相电压，最后交流伺服系统将斩波得到的三相电压输出至交流伺服电机，驱动交流伺服电机按照指定的位置、速度和扭矩进行运转。在当前交流伺服系统的电流环中，实现方法如下：电流环中有d轴和q轴两个通道，两个通道的实际电流由电流传感器采集的相电流经CLARK和PARK变换而来，变换的数学表达式如下：其中，iu和iv分别是采集所得的U和V相电流，θe为电机转子磁极的电角度，id是d轴实际电流，iq是q轴实际电流。d和q轴的反馈控制的为比例积分调节，数学表达式如下：其中，和为d和q轴指令电流，在控制对象为隐极式交流永磁同步电机时，EId和EIq分别为d和q轴电流跟踪误差，kIdp和kIqp分别为d和q轴比例调节系数，kIdi和kIqi分别为d和q轴积分调节系数，和分别为d和q轴反馈调节输出。正弦波三相永磁同步电机的d、q轴存在相互干涉的旋转电动势，该电动势对id和iq的控制产生不利影响，需要通过解耦控制消除，数学表达式如下：其中，Ld和Lq分别为电机定子绕组在dq轴上的等效电感，ψf为电机永磁体在dq坐标系下的等效磁链，ωe为转子磁极旋转的电角速度，和分别为d和q轴的解耦电压。经过反馈调节、反电势补偿和解耦计算，d、q轴的指令电压为因SVPWM(空间矢量脉宽调制)基于αβ坐标系，需将经逆PARK变换转换至αβ坐标系的指令电压转换方程如下：现有技术中交流伺服系统电流环的性能对PI反馈调节的依赖程度较高，导致电流环的性能主要依赖于比例(P)参数和积分(I)参数，增加了调试的难度，即在PI参数设置欠佳时，电流环的性能不能得到充分的体现。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术在电流环的计算中加入电压前馈补偿，降低了PI反馈调节的负担，使得电流环的性能对比例参数和积分参数的依赖性大大降低，方便了调试，即使在PI参数设置不佳时，因有电压前馈的存在，也能将电流环的性能充分发挥出来。本专利技术涉及的交流伺服系统电流环中的电压前馈补偿方法，包括如下步骤：步骤1，通过实验的方法获取隐极式三相交流永磁同步电机的电流iq和电压uq的对应关系表，所述的关系表中共有N组电流iq和电压uq值，iq(n)表示电流iq和电压uq数据表中第n组数据中的iq值，uq(n)表示电流iq和电压uq数据表中第n组数据中的uq值，其中n为正整数，n＝1、2、3、…、N；步骤2，交流伺服系统中速度环输出到q轴的指令电流根据步骤1所述电流iq与电压uq的对应关系表，利用线性插值法查找指令电流对应该的电压值所述的为前馈电压值，具体步骤为：步骤2.1清零位置索引n，令位置索引n＝0；步骤2.2位置索引n＝n+1；步骤2.3对位置索引进行判断是否越界：当n≥N时，则等于第N组数据中的uq，进入步骤2.4；当n＜N，且大于第n组数据中的iq，则返回步骤2.2；当n＜N，且小于等于第n组数据中的iq，则进入步骤2.4步骤2.4，在隐极式三相交流永磁同步电机的q轴上加入前馈控制电压有益效果：现有交流伺服系统中，主要依赖于PI控制器反馈调节，这导致电流环的性能主要依赖于比例参数和积分参数，增加了调试的难度，即在PI参数设置欠佳时，电流环的性能不能得到充分的体现。在电流环的计算中加入电压前馈补偿，使负载的变化及时的反应到电流环当中，电流环及时的响应负载的变化，降低了PI反馈调节的负担，使得电流环的性能对比例参数和积分参数的依赖性大大降低，即使在PI参数设置不佳时，因有电压前馈的存在，也能将电流环的性能充分发挥出来。附图说明图1是交流伺服系统的构成图；图2是电压前馈补偿的流程图。具体实施方式本专利技术公开了一种交流伺服系统电流环中的电压前馈补偿方法：步骤1，通过实验的方法获取隐极式三相交流永磁同步电机的电流iq和电压uq的对应关系表，所述的关系表中共有N组电流iq和电压uq值，iq(n)表示电流iq和电压uq数据表中第n组数据中的iq值，uq(n)表示电流iq和电压uq数据表中第n组数据中的uq值，其中n为正整数，n＝1、2、3、……N；如表1所示为通过实验的方法获取的隐极式三相交流永磁同步电机的电流iq与电压uq的对应关系表，对应关系表中的uq(1)到uq(N)的值逐次递增，uq(N)的取值用的是“试凑法”，即逐次增加电压uq(n)值，直至电流iq为电机额定电流的3倍，记下对应的电压值为uq(N)，从理论上讲，对应关系表格中的数据应该是越多越好，但考虑到计算机编程的方便，不宜将表格数据做得过多，但数据太少也会引起较大的计算误差，本实验中采用相邻每组数据间电压的增幅为1V，做出隐极式三相交流永磁同步电机的电流iq与电压uq的对应关系如表1所示。表1隐极式三相交流永磁同步电机的电流iq与电压uq的对应关系第n组1234567891011iq(A)0.00.0270.0430.0530.0630.0710.0810.0890.1000.1090.121uq(V)0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.010.0第n组1213141516171819202122iq(A)0.1370.1560.1840.2210.2720.3570.5350.8921.3592.0002.671uq(V)11.012.013.014.015.016.017.018.019.020.021.0第n组232425262728293031iq(A)3.4304.1374.9055.6466.4117.1607.8428.5499.197uq(V)22.023.024.025.026.027.028.029.030.0步骤2，交流伺服系统中速度环输出到q轴的指令电流利用线性插值法从步骤1所述电流iq与电压uq的对应关系表中查找指令电流对应该的电压值所述的为前馈电压值，具体步骤为：步骤2.1清零位置索引n，令位置索引n＝0；步骤2.2位置索引n＝n+1；步骤2.3对位置索引进行判断是否越界：当n≥N时，则等于第N组数据中的uq，对于表格1，则是N＝31，等于第31组数据中的30V，进入步骤2.4；当n＜N，且大于第n组数据中的iq，则返回步骤2.2；当n＜N，且小于等于第n组数据中的i本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.交流伺服系统电流环中的电压前馈补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，通过实验的方法获取隐极式三相交流永磁同步电机的电流iq和电压uq的对应关系表，所述的iq是指伺服电机q轴电流，所述的uq是指伺服电机q轴电压；所述的关系表中共有N组电流iq和电压uq值，iq(n)表示电流iq和电压uq数据表中第n组数据中的iq值，uq(n)表示电流iq和电压uq数据表中第n组数据中的uq值，其中n为正整数，n＝1、2、3、……N；步骤2，交流伺服系统中速度环输出到q轴的指令电流

【技术特征摘要】
1.交流伺服系统电流环中的电压前馈补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，通过实验的方法获取隐极式三相交流永磁同步电机的电流iq和电压uq的对应关系表，所述的iq是指伺服电机q轴电流，所述的uq是指伺服电机q轴电压；所述的关系表中共有N组电流iq和电压uq值，iq(n)表示电流iq和电压uq数据表中第n组数据中的iq值，uq(n)表示电流iq和电压uq数据表中第n组数据中的uq值，其中n为正整数，n＝1、2、3、……N；步骤2，交流伺服系统中速度环输出到q轴的指令电流根据步骤1所述电流iq与电压uq的对应关系表，利用线性插值法查找指令电流对应该的电压值所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：扶文树，
申请(专利权)人：南京信息职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32