一种永磁同步电机的电流控制方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机的电流控制方法，属于电流控制方法技术领域，一种永磁同步电机改进电流控制方法，包括PMSM数学模型，且PMSM数学模型为永磁同步电机数学模型，永磁同步电机采用多变量、强耦合、非线性的系统，可以实现通过相邻周期的两个预测模型相减来消除定子电压中的恒定项，降低参数敏感性的同时实现对电流的闭环控制；在实现对电流指令快速跟踪的同时避免出现超调及振荡调整过程，动态性能显著提高；仅使用一个电机参数且避开了转速等信息，在减少对模型参数准确性依赖的同时能有效避免测量噪声的影响；仿真和实验结果均展现出改进预测控制方法良好的动静态性能，其有效性和实用性得到证明。其有效性和实用性得到证明。其有效性和实用性得到证明。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机的电流控制方法


[0001]本专利技术属于电流控制方法
，更具体地说，涉及一种永磁同步电机的电流控制方法。

技术介绍

[0002]由于高效率、高功率密度、无碳刷等优点，永磁同步电机(PermanentMagnetSynchronousMotor，PMSM)在高性能伺服场合获得了广泛应用，数控加工中心、工业机器人驱动等应用领域，一般要求有快速的电磁转矩响应以保证整个系统的高动态性能，因此，与电磁转矩直接相关的电流内环动态特性已成为衡量伺服性能最重要的指标之一。
[0003]永磁同步电机电流的控制方法主要有滞环控制、滑模变结构控制、PI调节器、预测控制等，滞环控制响应快速，但这种bang
‑
bang控制方式存在纹波大、开关频率不固定等缺陷，不适用于高性能控制场合，滑模变结构也存在类似的“抖振”问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种永磁同步电机的电流控制方法，可以实现通过相邻周期的两个预测模型相减来消除定子电压中的恒定项，降低参数敏感性的同时实现对电流的闭环控制；在实现对电流指令快速跟踪的同时避免出现超调及振荡调整过程，动态性能显著提高；仅使用一个电机参数且避开了转速等信息，在减少对模型参数准确性依赖的同时能有效避免测量噪声的影响；仿真和实验结果均展现出改进预测控制方法良好的动静态性能，其有效性和实用性得到证明。
[0005]为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案：
[0006]一种永磁同步电机的电流控制方法，包括以下步骤：
[0007]S1.建立永磁同步电机数学模型；
[0008]S2.通过一个电机参数即电机电感形成闭环控制方法对永磁同步电机电流预测法；
[0009]S3.对永磁同步电机矢量控制模型进行仿真；
[0010]S4.对永磁同步电机矢量控制模型仿真结果进行实验验证。
[0011]进一步地，所述S1中，永磁同步电机采用多变量、强耦合、非线性的系统。
[0012]进一步地，所述S1中，永磁同步电机中转子每相气隙磁势在空间呈正弦分布，所述永磁同步电机在同步旋转坐标系下构成定子电压方程式。
[0013]进一步地，所述定子电压方程式为：
[0014][0015][0016]式中u
d
，u
q
为定子d、q轴的电压；i
d
，i
q
为定子d、q轴的电流；R为定子电阻；L
d
，L
q
为定子电感；ψf为永磁体磁链；ω为转子电角速度。
[0017]进一步地，所述定子电压方程式的式二在kTs至(k+2)Ts的2Ts时间间隔内进行离散化，得到式三：
[0018][0019]进一步地，所述式三在(k
‑
2)Ts至kTs的时间间隔内可得到离散电压方程式四：
[0020][0021]进一步地，所述式四与式三相减得出式五：
[0022][0023]进一步地，所述S2中，改进的电流预测控制方法如式六：
[0024][0025]进一步地，所述S3中，仿真的结果包括：控制周期Ts、跟踪暂态电流。
[0026]进一步地，所述S4中，实验验证存在噪声和非线性非理想因素影响，实验中电感参数不能设置过大。
[0027]有益效果：
[0028]相比于现有技术，本专利技术的优点在于：
[0029](1)本方案可以实现通过相邻周期的两个预测模型相减来消除定子电压中的恒定项，降低参数敏感性的同时实现对电流的闭环控制；在实现对电流指令快速跟踪的同时避免出现超调及振荡调整过程，动态性能显著提高；仅使用一个电机参数且避开了转速等信息，在减少对模型参数准确性依赖的同时能有效避免测量噪声的影响；仿真和实验结果均展现出改进预测控制方法良好的动静态性能，其有效性和实用性得到证明。
[0030](2)本方案S1中PMSM数学模型为永磁同步电机数学模型，且永磁同步电机采用多变量、强耦合、非线性的系统，通过忽略铁心饱和、涡流和磁滞损耗，可以更好研究主要问题。
[0031](3)本方案S1中永磁同步电机中转子每相气隙磁势在空间呈正弦分布，永磁同步电机在同步旋转坐标系下构成定子电压方程式。
[0032](4)本方案S2中改进的电流预测控制方法可以通过一个电机参数即电机电感，物理意义明显，便于实际调整及应用。
[0033](5)本方案S3中仿真结果得出包括，控制周期Ts、跟踪暂态电流，通过控制周期的振荡和跟踪暂态电流，改进预测控制方法具有更优良的动态性能，改进方法具有更良好的参数适应性。
[0034](6)本方案S4中实验验证存在噪声和非线性非理想因素影响，实验中电感参数通常不能设置过大，通过与仿真分析一致，该参数对电流控制的稳态误差没有影响，电流稳态误差为零，从而表现出良好的动静态性能，其有效性及实用性得到证明。
附图说明
[0035]图1为本专利技术的永磁同步电机矢量控制系统示意图；
[0036]图2为本专利技术的PWM占空比更新时序示意图；
[0037]图3为本专利技术的两种控制方法仿真结果示意图；
[0038]图4为本专利技术的参数不准确时预测控制方法性能比较示意图；其中，图(a)为电感减小50％示意图，图(b)为电阻减小50％示意图，图(c)为磁链减小50％示意图；
[0039]图5为本专利技术的两种控制方法暂态过程的实验波形示意图；其中，图(a)为PI调节器电流示意图，图(b)为改进预测控制方法电流示意图；
[0040]图6为本专利技术的加减速过程中电流与转速响应示意图；其中，图(a)为q轴电流示意图，图(b)为转速示意图。
具体实施方式
[0041]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0042]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0043]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机的电流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.建立永磁同步电机数学模型；S2.通过一个电机参数即电机电感形成闭环控制方法对永磁同步电机电流预测法；S3.对永磁同步电机矢量控制模型进行仿真；S4.对永磁同步电机矢量控制模型仿真结果进行实验验证。2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的电流控制方法，其特征在于：所述S1中，永磁同步电机采用多变量、强耦合、非线性的系统。3.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的电流控制方法，其特征在于：所述S1中，永磁同步电机中转子每相气隙磁势在空间呈正弦分布，所述永磁同步电机在同步旋转坐标系下构成定子电压方程式。4.根据权利要求3所述的一种永磁同步电机的电流控制方法，其特征在于：所述定子电压方程式为：式一：式二：式中u
d
，u
q
为定子d、q轴的电压；i
d
，i
q
为定子d、q轴的电流；R为定子电阻；L
d
，L...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢芳，张金强，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：