一种基于永磁同步电机模型的电压前馈控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例涉及一种基于永磁同步电机模型的电压前馈控制方法及装置，用于提高交流伺服驱动控制系统电流环响应速度。该种电流前馈结构可以实现电流前馈指令的独立计算，不受到外界扰动的影响，充分考虑了控制系统永磁同步电机模型，提高了控制系统电流前馈指令的精度，该种新型电流前馈系统相比于传统的基于低通滤波的电流前馈系统具有更好的电流指令跟踪能力，消除了低通滤波前馈对电流指令滤波造成的失真，该方法有效提高了控制系统的电流响应跟踪能力。

A Voltage Feedforward Control Method and Device Based on Permanent Magnet Synchronous Motor Model

The embodiment of the invention relates to a voltage feed-forward control method and device based on a permanent magnet synchronous motor model for improving the current loop response speed of an AC servo drive control system. This current feed-forward structure can realize the independent calculation of current feed-forward instructions and is not affected by external disturbances. The model of permanent magnet synchronous motor is fully considered to improve the accuracy of current feed-forward instructions in the control system. Compared with the traditional current feed-forward system based on low-pass filter, this new current feed-forward system has better current command tracking ability and eliminates the influence of external disturbances. The feedforward of low-pass filter results in distortion of current instruction filtering, which effectively improves the tracking ability of current response of the control system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于永磁同步电机模型的电压前馈控制方法及装置
本专利技术主要是针对永磁同步电机的控制过程，是一种基于永磁同步电机模型的电压前馈控制方法及装置，该方法及装置可以有效消除传统低通滤波对电流前馈指令造成的失真问题，提高控制系统电流环响应速度。
技术介绍
传统的电流前馈指令系统为保证电流前馈指令输入的平滑稳定，对电流前馈指令进行低通滤波计算，上位机输入电流指令iref，经过计算处理得到电流环加速度指令aref，经过低通滤波环节，得到加速度前馈指令af，再根据永磁同步电机转动惯量Jm以及电机力矩系数KAT得到前馈电流值if，最终计算得到前馈电压值Uf，传统前馈结构图如下图1所示。从图1中我们可以看出传统前馈的计算过程，其中低通滤波模块的低通滤波系数K如式(1)所示：式中：τ为低通滤波时间常。由此得到加速度前馈指令af如式(2)所示：af＝Karef。(2)对公式(2)进行离散化得到式(3)：式中：τ为滤波时间常数；Ts为控制系统控制周期时间常数；K为低通滤波系数。由此得到离散化的加速度前馈指令如式(4)所示：设k为当前控制周期，k-1为上一个控制周期，由式(4)可得离散化后的当前控制周期加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于永磁同步电机模型的电压前馈控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)建立永磁同步电机数学模型，得到d‑q电压指令输出方程；(2)将永磁同步电机三相反馈电流进行空间矢量坐标变换，得到d‑q轴反馈电流；(3)建立电流环反馈控制回路；(4)依据永磁同步电机数学模型，构建电流环前馈控制结构；(5)将输出的电压前馈指令注入到电流环反馈控制回路中，完成电流环闭环计算；(6)将d‑q轴指令电压进行空间矢量坐标变换，得到永磁同步电机三相相电压指令输出值；(7)将三相相电压指令输入到功率放大调制单元，由功率放大调制单元输出三相幅值为母线电压的脉宽调制波驱动永磁同步电机单元旋转。

【技术特征摘要】
1.一种基于永磁同步电机模型的电压前馈控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)建立永磁同步电机数学模型，得到d-q电压指令输出方程；(2)将永磁同步电机三相反馈电流进行空间矢量坐标变换，得到d-q轴反馈电流；(3)建立电流环反馈控制回路；(4)依据永磁同步电机数学模型，构建电流环前馈控制结构；(5)将输出的电压前馈指令注入到电流环反馈控制回路中，完成电流环闭环计算；(6)将d-q轴指令电压进行空间矢量坐标变换，得到永磁同步电机三相相电压指令输出值；(7)将三相相电压指令输入到功率放大调制单元，由功率放大调制单元输出三相幅值为母线电压的脉宽调制波驱动永磁同步电机单元旋转。2.根据权利要求1所述的基于永磁同步电机模型的电压前馈控制方法，其特征在于：所述的步骤(1)，通过以下方法实现：永磁同步电机数学模型如式(1)所示：式中：Ud、Uq为d轴和q轴定子电压指令；Ld、Lq为d轴和q轴等效电感；Rs为定子电阻；ωe为电角速度；为转子磁链；id、iq为d轴和q轴定子反馈电流；电机力矩模型如式(2)所示：式中：Te为电磁转矩；P为电机极对数；机械运动方程如式(3)所示：式中：T1为负载转矩；ωm为机械角速度；f为电机摩擦因数；J为电机转动惯量；为了实现最大力矩控制，令d轴电流指令id＝0，此时电机转矩输出方程如式(4)所示：3.根据权利要求1所述的基于永磁同步电机模型的电压前馈控制方法，其特征在于：所述的步骤(2)，通过以下方法实现：从永磁同步电机三相采集三相相电流，得到三相反馈相电流iu、iv、iw，经过空间矢量坐标变化得到d-q轴反馈电流id、iq如式(5)所示：4.根据权利要求1所述的基于永磁同步电机模型的电压前馈控制方法，其特征在于：所述的步骤(3)，通过以下方法实现：依据步骤(1)永磁同步电机数学模型，将永磁同步电机数学模型进行离散化，采用PI控制器，实现d-q轴电压指令的计算，k代表当前计算周期，k-1代表上一个计算周期，依据当前计算周期电流指令值idref、iqref与实际d-q轴电流反馈值id、iq得到电流反馈偏差id_err、iq_err如式(6)所示：依据当前计算周期电流反馈误差id_err(k)、iq_err(k)及积分系数Ki对电流误差积分值id_org(k)、iq_org(k)进行求解如式(7)所示：依据当前计算周期得到的电流误差积分值id_org(k)、iq_org(k)，反馈电流id(k)、iq(k)以及比例系数Kv对d-q轴控制电压指令进行求解如式(8)所示：式中：Rs为永磁同步电机等效电阻，Ld、Lq为永磁同步电机d-q轴等效电感值，ωe为永磁同步电机电角度转速值，为永磁同步电机等效磁链系数。5.根据权利要求1所述的基于永磁同步电机模型的电压前馈控制方法，其特征在于：所述的步骤(4)，通过以下方法实现：采用PI控制器，实现d-q轴前馈电压指令的计算，k代表当前计算周期，k-1代表上一个计算周期，以q轴电流前馈指令为例，依据当前计算周期电流指令值iqref与电流环前馈结构的q轴电流反馈值iFFFB得到前馈电流反馈偏差iqff_err如式(9)所示：iqff_err(k)＝iqref(k)-iFFFB(k)(9)依据当前计算周期电流反馈误差iqff_er(r)k及电流前馈积分系数KCiFF对前馈电流误差积分值iqff_org(k)进行求解如式(10)所示：iqff_org(k)＝iqff_org(k-1)+iqff_err(k)*KCiFF(10)依据当前计算周期得到的前...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，任齐民，张洪鑫，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23