一种永磁同步轮毂电机过采样无差拍补偿控制器的构造方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步轮毂电机过采样无差拍补偿控制器的构造方法，包括建立永磁同步轮毂驱动电机系统及其数学模型，然后离散化，其次依次建立过采样无差拍控制器、电压畸变补偿控制器、实际电压补偿控制器，最后通过建立扰动观测器，转速ω作为扰动观测器的输入，q/d轴扰动观测器电压补偿

A construction method of over sampling deadbeat compensation controller for permanent magnet synchronous hub motor

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步轮毂电机过采样无差拍补偿控制器的构造方法
本专利技术属于新能源汽车驱动领域，是一种基于过采样无差拍补偿控制器的轮毂同步电机控制方法，适用于轮毂电机的抗干扰控制。
技术介绍
近年来，石油资源的大幅度消耗导致全球能源压力剧增，各种环保措施也迫在眉睫，新能源汽车的出现大幅度降低了能源消耗与环境污染。作为新能源汽车三电之一，电控在新能源汽车的研究中占了很大一部分比例。永磁同步电机与同步电机和异步电机相比，不存在电励磁和相应的损耗，永磁转子不发热，电负荷可以选得很高，因而体积小、功率密度高。随着新型电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展，永磁同步电动机性能得以进一步提升，与普通电机相比，有许多独特优势。例如说高效节能、温升低、启动性能好、体积小、重量轻等。轮毂电机将永磁同步电机装进汽车轮毂中，省略了离合器、变速器、传动轴、差速器与分动器等大量传动部件，使车辆结构更加简单，可以获得更好的空间利用率，同时增加了汽车的传动效率。车辆安装轮毂电机以后就具备了单轮独立驱动的特性，因此无论是前驱、后驱还是四驱形式，都可以比较轻松地实现。同时轮毂电机可以通过左右车轮的不同转速甚至反转实现类似履带式车辆的差动转向，大大减小车辆的转弯半径，在特殊情况下几乎可以实现原地转向。然而永磁同步轮毂电机具有复杂的非线性、时变和温度依赖的数学模型，而且永磁同步电机驱动器的性能还会受到许多不确定性的影响。因此本专利设计了一种过采样无差拍补偿控制器来应对永磁同步轮毂电机在实际运用中的不确定性。
技术实现思路
本专利技术提出了一种永磁同步轮毂电机过采样无差拍补偿控制器，用于永磁同步轮毂电机伺服驱动系统的辨识与控制，提高了动态性能。该控制方案包括过采样无差拍控制器、电压畸变补偿控制器、实际电压补偿控制器与扰动观测器。由于参数的不确定性，基于模型的控制器计算量大，性能下降。该控制器与现场可编程门阵列同时实现，可实现恒定的开关频率和最佳的电流纹波，并具有高的电流环路带宽和鲁棒的参数变化行为。为了补偿变换器的电压畸变，在控制器中加入了干扰观测器。本专利技术采用技术方案步骤如下：一种永磁同步轮毂电机过采样无差拍补偿控制器的构造方法，包括以下步骤：步骤1，首先采集d-q轴实际电压与参考电压，通过内部模块计算和坐标变换建立永磁同步轮毂驱动电机系统；步骤2，建立永磁同步轮毂驱动电机系统的数学模型；步骤3，离散化驱动电机系统的数学模型；步骤4，建立过采样无差拍控制器，将转速ω、控制器采样周期Tx与调制载波周期Tc作为过采样无差拍控制器的输入，与作为过采样无差拍控制器的电压输出；步骤5，建立电压畸变补偿控制器，将转速ω、控制器采样周期Tx与调制载波周期Tc作为电压畸变补偿控制器的输入，q/d轴电压畸变补偿与为其输出；步骤6，建立实际电压补偿控制器，将转速ω、载波斜率为正时的切换瞬间时间与载波斜率为负时的切换瞬间时间为实际电压补偿控制器输入，q/d轴实际电压补偿与为其输出；步骤7，建立扰动观测器，转速ω作为扰动观测器的输入，q/d轴扰动观测器电压补偿与作为其输出；最终将轮毂电机系统，过采样无差拍控制器，电压畸变补偿控制器，实际电压补偿控制器，扰动观测器共同构成轮毂电机过采样无差拍补偿控制器。进一步，步骤2，建立驱动电机系统的数学模型为：其中，uq、ud、iq、id、ψq、ψd分别是旋转坐标系d-q轴的电压,电流与磁链；Rs为定子电阻；Ld与Lq是d-q轴的电感；ω为电机转速，ψm为转子永磁体峰值磁链。进一步，步骤4的具体实现过程为：首先，若控制器采样周期Tx与调制载波周期Tc的比值较低，系统将变得很不稳定，为了保证在不改变开关频率的情况下减小控制器采样时间，将过采样系数nc定义为定义可变采样时间Ts(i)为：其中，i＝0,1,2,…,nc-1,遍及每个载波段的末段，考虑到控制器的时间变量，将(1-6)带入步骤3的离散化方程得到：其中，与由离散化得到，其中，ω(k)为k时刻的转速，iq(k+nc)与id(k+nc)为k+nc时刻的q/d轴电流值，iq(k+i)与id(k+i)为k+i时刻的q/d轴电流值，uq(k+i)与ud(k+i)为k+i时刻的q/d轴电压值，ω(k+i)为k+i时刻的转速，同时可以得到过采样无差拍控制器的电压输出：进一步，所述步骤5的具体过程为：根据永磁同步轮毂电机系统数学模型，在k+i周期的d-q轴电流iq(k+i)与id(k+i)可以通过k+i-1时刻的值来预测，预测值如下：其中，与由经过Tx时间的离散化得到；iq(k+i-1)与id(k+i-1)为k+i-1时刻的d-q轴电流，与为控制器在k+i-1时刻的q/d轴电流，与为实际q/d轴电流，ω(k+i-1)为k+i-1时刻的电机转速；通过控制器电压与实际电压的比较，可以得到k+i时刻的q/d轴电压畸变补偿如下：其中，分别为控制器在k+i-1时刻的q/d轴电压；分别为实际q/d轴电压。进一步，所述步骤6中，从式(1-11)可以看出，为了计算过采样无差拍控制器的补偿项，需要同时知道上一时刻的控制器电压与施加的实际电压；控制器电压可以存储在控制器内存中，以便于在下一时刻使用，而逆变器施加的实际电压则需要被计算；通过对载波和单相位参考信号可以确定调制电压和载波交叉的时刻为载波斜率为正时的切换瞬间时间，为载波斜率为负时的切换瞬间时间，变换器所施加的平均电压可计算如下：为变换器所施加的平均电压，udc为直流电源电压，将逆变器施加的实际相电压经过Clark变换与Park变换(T3s/2r)在q-d参考坐标系上进行变换，得到与进一步，所述步骤7的具体过程为：首先，假设扰动为常数，则连续估计方程为：其中，与为q/d轴电压扰动估计值，与为q/d轴电压扰动，wq与wd为q/d轴电压扰动参数，扰动方程的离散状态空间形式为：其中，与为k+1时刻的q/d轴电压扰动，与为k时刻的q/d轴电压扰动，考虑电压扰动的状态空间离散化模型为：考虑到以下干扰，状态变量增加了两个：其中，u(k)＝[uq(k)ud(k)]T；最后，对(1-16)进行降阶Luenberger处理，得到：与为对k时刻的q/d轴电压扰动的估计值，与为对k-1时刻的q/d轴电压扰动的估计值，Lr为一个2*2的Luenberger矩阵；最终，控制系统的输出电压结果与如下所示：本专利技术的有益效果为：1、通过构建过采样无差拍控制器，电压畸变补偿控制器，实际电压补偿控制器，扰动观测器提高了永磁同步轮毂电机系统的鲁棒性，使其具有更好的动态性能与静态性能，有效解决了轮毂电机控制方法的缺陷，设计简单、控制效果优良，具有很强的抗干扰能力。2、以上控制器仅仅需要在软件上进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种永磁同步轮毂电机过采样无差拍补偿控制器的构造方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，首先采集d-q轴实际电压与参考电压，通过内部模块计算和坐标变换建立永磁同步轮毂驱动电机系统；/n步骤2，建立永磁同步轮毂驱动电机系统的数学模型；/n步骤3，离散化驱动电机系统的数学模型；/n步骤4，建立过采样无差拍控制器，将转速ω、控制器采样周期T

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步轮毂电机过采样无差拍补偿控制器的构造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，首先采集d-q轴实际电压与参考电压，通过内部模块计算和坐标变换建立永磁同步轮毂驱动电机系统；
步骤2，建立永磁同步轮毂驱动电机系统的数学模型；
步骤3，离散化驱动电机系统的数学模型；
步骤4，建立过采样无差拍控制器，将转速ω、控制器采样周期Tx与调制载波周期Tc作为过采样无差拍控制器的输入，与作为过采样无差拍控制器的电压输出；
步骤5，建立电压畸变补偿控制器，将转速ω、控制器采样周期Tx与调制载波周期Tc作为电压畸变补偿控制器的输入，q/d轴电压畸变补偿与为其输出；
步骤6，建立实际电压补偿控制器，将转速ω、载波斜率为正时的切换瞬间时间与载波斜率为负时的切换瞬间时间为实际电压补偿控制器输入，q/d轴实际电压补偿与为其输出；
步骤7，建立扰动观测器，转速ω作为扰动观测器的输入，q/d轴扰动观测器电压补偿与作为其输出；最终将轮毂电机系统，过采样无差拍控制器，电压畸变补偿控制器，实际电压补偿控制器，扰动观测器共同构成轮毂电机过采样无差拍补偿控制器。


2.根据权利要求1所述的一种永磁同步轮毂电机过采样无差拍补偿控制器的构造方法，其特征在于，步骤2，建立驱动电机系统的数学模型为：



其中，uq、ud、iq、id、ψq、ψd分别是旋转坐标系d-q轴的电压,电流与磁链；Rs为定子电阻；Ld与Lq是d-q轴的电感；ω为电机转速，ψm为转子永磁体峰值磁链。


3.根据权利要求2所述的一种永磁同步轮毂电机过采样无差拍补偿控制器的构造方法，其特征在于，步骤4的具体实现过程为：
首先，若控制器采样周期Tx与调制载波周期Tc的比值较低，系统将变得很不稳定，为了保证在不改变开关频率的情况下减小控制器采样时间，将过采样系数nc定义为定义可变采样时间Ts(i)为：



其中，i＝0,1,2,…,nc-1,遍及每个载波段的末段，考虑到控制器的时间变量，将(1-6)带入步骤3的离散化方程得到：



其中，与由离散化得到，其中，ω(k)为k时刻的转速，iq(k+nc)与id(k+nc)为k+nc时刻的q/d轴电流值，iq(k+i)与id(k+i)为k+i时刻的q/d轴电流值，uq(k+i)与ud(k+i)为k+i时刻的q/d轴电压值，ω(k+i)为k+i时刻的转速，同时可以得到过采样无差拍控制器的电压输出：





4.根据权利要求3所述的一种永磁同步轮毂电机过采样无差拍补偿控制器的构造方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙，徐昊，孙晓东，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32