一种永磁同步电机模糊滞环电流控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种永磁同步电机模糊滞环电流控制系统及方法，通过检测永磁同步电机的霍尔信号，计算出速度和位置后，获取速度误差和误差变化量并作为模糊逻辑控制器输入，模糊逻辑控制器将转速误差和误差变化率转化为输出量H，作为三态滞环比较器的环宽；三态滞环控制器根据滞环规则将三相电流误差进行调节，输出六路的逆变器控制信号；从而实现六路信号分别控制逆变器六个功率开关管的开断，实现对电机的控制，使得电机稳定运行。本发明专利技术与传统方法相比，电流跟踪控制的响应速度和稳态精度较好。

A Fuzzy Hysteresis Current Control System for Permanent Magnet Synchronous Motor and Its Method

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机模糊滞环电流控制系统及方法
本专利技术属于电机系统及控制
，具体涉及一种永磁同步电机模糊滞环电流控制系统及方法。
技术介绍
永磁同步电机(PMSM)是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，永磁同步电机的优势在于：效率高、尺寸小、可靠性较强，由于没有直流电机的换向器和电刷，使得应用场合更为广泛，并且我国拥有丰富的稀土资源，能为永磁同步电机的发展提供丰富的物质资源。这些都使得永磁同步电机在多个领域得到快速的应用和发展。越来越多的国内外学者对永磁同步电机的调速算法进行研究。通常情况下，永磁同步电机驱动控制采用矢量控制或者直接转矩，系统最终通过电压控制逆变器驱动电机。其系统响应速度一般，而且对电流跟踪控制的响应速度和稳态精度并不十分理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的不足，提供一种永磁同步电机模糊滞环电流控制系统及方法，增强系统响应，提高电机电流跟踪控制的响应速度和稳态精度。本专利技术系统采用以下技术方案：包括直流电源、逆变器、永磁同步电机、转速PI控制器、模糊逻辑控制器、坐标转换模块、三态滞环比较器、电流传感器、霍尔传感器、位置和转速产生单元、速度调节器和电流调节器；其中，直流电源与逆变器的每个桥臂相连，逆变器各桥臂中性点与永磁同步电机相连，永磁同步电机同时与霍尔传感器和电流传感器相连；电流传感器与电流调节器相连；霍尔传感器连接位置和转速产生单元，位置和转速产生单元同时与速度调节器和坐标转换模块相连，速度调节器同时与转速PI控制器、微分单元以及模糊逻辑控制器相连，转速PI控制器与坐标转换模块相连；坐标转换模块与电流调节器相连，电流调节器和模糊逻辑控制器均与用于输出控制信号的三态滞环比较器相连，三态滞环比较器连接永磁同步电机；电流传感器用于检测永磁同步电机的三相电流；霍尔传感器用于检测永磁同步电机的霍尔信号送到位置和转速产生单元，位置和转速产生单元计算出速度和位置后，分别送到速度调节器和坐标转换模块；速度调节器用于获取速度误差，微分单元用于根据速度误差获得误差变化量，将速度误差和误差变化量作为模糊逻辑控制器输入，模糊逻辑控制器的输出量H作为环宽输入到三态滞环比较器中；坐标转换模块用于获得三相参考电流，电流调节器用于获得三相电流误差，三态滞环控制器根据输入的三相电流误差和输出量H产生逆变器的控制信号，输入到逆变器，控制永磁同步电机运转。进一步地，模糊逻辑控制器包括解模糊模块、含有输入输出模糊集的模糊化模块以及含有知识库的模糊推理模块；模糊化模块用于对输入进行模糊化处理，模糊推理模块用于对模糊化处理的结果进行模糊化推理，解模糊模块用于对模糊化推理的输出进行解模糊处理，得到输出量H。进一步地，知识库包括数据集和规则集。本专利技术控制方法，包括以下步骤：S1、对系统进行初始化，电流传感器和霍尔传感器分别采集永磁同步电机的电机实际电流信号和霍尔信号，霍尔信号送到位置和转速产生单元，解析出永磁同步电机的转子位置信号θ和速度信号ω后分别送到坐标转换模块和速度调节器中；采集到的实际电流信号iA、iB和iC送到电流调节器中；S2、系统设置的参考速度ω*和反馈的速度信号ω经过速度调节器，得到转速的误差信号E，转速的误差信号E分别经PI控制器得到q轴参考电流经微分得到信号EC，E和EC两路信号一同输入到模糊逻辑控制器；S3、系统设置d轴参考电流为0，将和一同输入到坐标转换模块，得到永磁同步电机的三相参考电流和S4、步骤S3得到的三相参考电流和与实际电流信号iA、iB和iC经过电流调节器，得到三相电流误差和三个误差信号和输入到三态滞环比较器中；S5、根据步骤S2，模糊逻辑控制器获得输出量H并输出到三态滞环比较器，输出量H作为三态滞环比较器的环宽；根据步骤S4得到的电流误差和与环宽对比，根据三态滞环比较器的规则输出六路控制逆变器的信号，控制六个功率开关管的状态，完成永磁同步电机模糊滞环电流控制。进一步地，步骤S3中，通过坐标转换，得到三相参考电流和如下：其中，θ为永磁同步电机的转子位置信号，io*为永磁同步电机的dqo坐标原点矢量。进一步地，步骤S4中，永磁同步电机的三个误差信号和为：进一步地，输出量H的获取步骤包括：首先对输入信号进行模糊化处理，然后根据设置的数据集和规则集进行模糊化推理，得到模糊输出量M；最后采用加权平均法对模糊输出量M进行解模糊处理，最终得到输出量H。进一步地，对输入信号进行模糊化处理的具体步骤是：先将E和EC分别取倒数，输出模糊输入量A和B，A和B的值限定在(-1,1)区间内；定义E和EC以及输出量H的模糊集及其论域，求得E和EC的隶属度函数；模糊化推理的具体步骤是：根据设定的规则R对模糊输入量A和B进行模糊推理，输出模糊输出量M；其中解模糊处理的具体步骤是：采用加权平均法，对模糊输出量M中各元素及其对应的隶属度求加权平均值，并进行四舍五入取整，得到输出量H。进一步地，H作为步骤S5中三态滞环比较器的环宽值，此时的三态滞环比较器的规则有：其中，j＝A、B、C，为误差信号，kj为电机各相桥臂的开关状态。进一步地，根据得到的各相桥臂的开关状态，控制各个桥臂上功率开关器件的开通和关断。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术基于模糊三态滞环电流控制的永磁同步电机调速系统，采用双闭环的方式进行控制，转速PI控制器将转速误差进行调节，输出q轴参考电流，设置d轴电流为0，从而形成旋转坐标系的两相电流；坐标转换模块将两相旋转坐标系的电流转化为三相静止坐标系的电流；模糊逻辑控制器将转速误差和误差变化率转化为输出量H，作为三态滞环比较器的环宽；三态滞环控制器根据滞环规则将三相电流误差进行调节，输出六路的逆变器控制信号；从而实现六路信号分别控制逆变器六个功率开关管的开断，实现对电机的控制；霍尔传感器和电流传感器与电机相连，从而能够较快的获得电流和霍尔信号，较快的反馈到相应模块；霍尔传感器与位置和转速产生单元相连，可以将霍尔信号解析为转速和位置信号，分别送到相应的模块，这样设计增加了系统的稳定性。本专利技术还公开了基于模糊三态滞环电流控制的永磁同步电机调速方法，运用模糊控制对三态滞环比较器的环宽值进行调整，模糊控制与滞环控制相结合，可以较好的提高电流跟踪控制的响应速度和稳态精度，有效的实现电机的控制，使得电机控制也得到有效改善。本专利技术采用双闭环控制策略，模糊逻辑控制器控制为前馈控制，两部分组合起来较好的对三态滞环比较器进行调节，增强了系统稳定性和鲁棒性，提高电流跟踪控制的响应速度和稳态精度，从而实现对电机的更有效控制。附图说明图1为本专利技术控制方法的系统框图；图2为本专利技术三相永磁同步电机逆变器拓扑图；图3为本专利技术中总体控制策略流程图；图4为本专利技术模糊逻辑控制器组成图；图5为本专利技术模糊规则库中输入量E的隶属度函数图；图6为本专利技术模糊规则库中输入量EC的隶属度函数图；图7为本专利技术模糊规则库中输出量H的隶属度函数图。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。请参阅图1，本专利技术提供了基于模糊三态滞环电流控制的永磁同步电机调速方法，本专利技术永磁同步电机模糊滞环电流控制系统包括直流电源，逆变器、永磁同步电机、转速PI控制器、模糊逻辑控制器、坐标转换模块、三态滞环比较器、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步电机模糊滞环电流控制系统，其特征在于：包括直流电源、逆变器、永磁同步电机、转速PI控制器、模糊逻辑控制器、坐标转换模块、三态滞环比较器、电流传感器、霍尔传感器、位置和转速产生单元、速度调节器和电流调节器；其中，直流电源与逆变器的每个桥臂相连，逆变器各桥臂中性点与永磁同步电机相连，永磁同步电机同时与霍尔传感器和电流传感器相连；电流传感器与电流调节器相连；霍尔传感器连接位置和转速产生单元，位置和转速产生单元同时与速度调节器和坐标转换模块相连，速度调节器同时与转速PI控制器、微分单元以及模糊逻辑控制器相连，转速PI控制器与坐标转换模块相连；坐标转换模块与电流调节器相连，电流调节器和模糊逻辑控制器均与用于输出控制信号的三态滞环比较器相连，三态滞环比较器连接永磁同步电机；电流传感器用于检测永磁同步电机的三相电流；霍尔传感器用于检测永磁同步电机的霍尔信号送到位置和转速产生单元，位置和转速产生单元计算出速度和位置后，分别送到速度调节器和坐标转换模块；速度调节器用于获取速度误差，微分单元用于根据速度误差获得误差变化量，将速度误差和误差变化量作为模糊逻辑控制器输入，模糊逻辑控制器的输出量H作为环宽输入到三态滞环比较器中；坐标转换模块用于获得三相参考电流，电流调节器用于获得三相电流误差，三态滞环控制器根据输入的三相电流误差和输出量H产生逆变器的控制信号，输入到逆变器，控制永磁同步电机运转。...

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机模糊滞环电流控制系统，其特征在于：包括直流电源、逆变器、永磁同步电机、转速PI控制器、模糊逻辑控制器、坐标转换模块、三态滞环比较器、电流传感器、霍尔传感器、位置和转速产生单元、速度调节器和电流调节器；其中，直流电源与逆变器的每个桥臂相连，逆变器各桥臂中性点与永磁同步电机相连，永磁同步电机同时与霍尔传感器和电流传感器相连；电流传感器与电流调节器相连；霍尔传感器连接位置和转速产生单元，位置和转速产生单元同时与速度调节器和坐标转换模块相连，速度调节器同时与转速PI控制器、微分单元以及模糊逻辑控制器相连，转速PI控制器与坐标转换模块相连；坐标转换模块与电流调节器相连，电流调节器和模糊逻辑控制器均与用于输出控制信号的三态滞环比较器相连，三态滞环比较器连接永磁同步电机；电流传感器用于检测永磁同步电机的三相电流；霍尔传感器用于检测永磁同步电机的霍尔信号送到位置和转速产生单元，位置和转速产生单元计算出速度和位置后，分别送到速度调节器和坐标转换模块；速度调节器用于获取速度误差，微分单元用于根据速度误差获得误差变化量，将速度误差和误差变化量作为模糊逻辑控制器输入，模糊逻辑控制器的输出量H作为环宽输入到三态滞环比较器中；坐标转换模块用于获得三相参考电流，电流调节器用于获得三相电流误差，三态滞环控制器根据输入的三相电流误差和输出量H产生逆变器的控制信号，输入到逆变器，控制永磁同步电机运转。2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机模糊滞环电流控制系统，其特征在于：模糊逻辑控制器包括解模糊模块、含有输入输出模糊集的模糊化模块以及含有知识库的模糊推理模块；模糊化模块用于对输入进行模糊化处理，模糊推理模块用于对模糊化处理的结果进行模糊化推理，解模糊模块用于对模糊化推理的输出进行解模糊处理，得到输出量H。3.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机模糊滞环电流控制系统，其特征在于：知识库包括数据集和规则集。4.一种永磁同步电机模糊滞环电流控制方法，其特征在于；包括以下步骤：S1、对系统进行初始化，电流传感器和霍尔传感器分别采集永磁同步电机的电机实际电流信号和霍尔信号，霍尔信号送到位置和转速产生单元，解析出永磁同步电机的转子位置信号θ和速度信号ω后分别送到坐标转换模块和速度调节器中；采集到的实际电流信号iA、iB和iC送到电流调节器中；S2、系统设置的参考速度ω*和反馈的速度信号ω经过速度调节器，得到转速...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海，石泽凯，李峰，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61