一种基于扰动补偿控制的永磁同步电机模拟器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于扰动补偿控制的永磁同步电机模拟器，通过扰动补偿能够有效避免电流环的控制冲突问题，使系统的稳定性显著提高，其中的开环控制环节提高了系统的动态响应速度，滑模扰动观测器的使用则提升了控制算法的鲁棒性，从而克服了现有技术所存在的缺陷，并可提供诸多有益效果。并可提供诸多有益效果。并可提供诸多有益效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于扰动补偿控制的永磁同步电机模拟器


[0001]本专利技术属于电机硬件在环测试
，具体涉及一种基于扰动补偿控制的永磁同步电机模拟器。

技术介绍

[0002]目前，针对电机驱动系统的测试与开发中，利用基于功率硬件在环的电机模拟器(Electric Motor Emulator，EME)可实现较好电机控制单元的测试效率以及较低的研发成本。电流控制算法是电机模拟器能否准确模拟真实电机端口特性的关键，然而现有技术中常用的PI控制策略存在低通滤波特性，使得电机模拟器的模拟带宽受限，只适用于中低速电机模拟器；且由于电机控制器侧常采用电流环控制，因此在带宽受限的情况下，会与电机模拟器侧的PI控制产生电流环控制冲突。传统开环控制虽然能够避免电流环控制冲突，但存在鲁棒性差、易受参数扰动影响的缺点，并且这种控制方式中的微分计算会引入一定的高频噪声，导致了模拟精度不够高。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，针对上述本领域中存在的技术问题，本专利技术提供了一种基于扰动补偿控制的永磁同步电机模拟器，具体包括：接口电路、功率逆变器、信号采集电路与实时处理器；
[0004]其中，所述接口电路具体采用L型滤波电路的形式，其输入端与待测电机控制器的三相输出端连接，接口电路的输出端与所述功率逆变器输入端连接；所述信号采集电路与接口电路的输入端连接，用于采集三相电流和电压，并输入所述实时处理器；所述实时处理器中运行有永磁同步电机模型、接口电路电压模型、开环电压模型、滑模扰动观测器以及SVPWM调制模块；
[0005]所述信号采集电路采集接口电路输入端的电流和电压并传送给实时处理器；
[0006]所述实时处理器利用采集的三相电流i
f
和电压u
s
依次执行以下处理：
[0007]所述永磁同步电机模型基于采集的电压u
s
输出接口电路期望电流i
s
；所述开环电压模型利用所述期望电流i
s
与采集的电流i
f
和电压u
s
输出电压u
e
；所述滑模扰动观测器利用所述期望电流i
s
与采集的电流i
f
和电压u
s
输出观测的扰动将所述电压u
e
与扰动的加和作为功率逆变器的期望输出电压u*，并进行SVPWM调制后由功率逆变器输出。
[0008]进一步地，所述永磁同步电机模型基于dq坐标系建立，具有以下形式：
[0009][0010][0011]式中，u
sd
、u
sq
分别为d、q轴电压分量；i
sd
、i
sq
分别为d、q轴期望电流分量；R
s
表示永磁同步电机相电阻；L
sd
、L
sq
分别为电机d、q轴电感；ω
e
为电角速度；ψ
f
为永磁同步电机永磁
体磁链；t为时间变量；
[0012]接口电路电压方程可表示为：
[0013][0014][0015]式中，u
ed
、u
eq
分别为模拟器侧d、q轴电压分量；i
fd
、i
fq
分别为d、q轴电流分量；R
f
为接口a电路相电阻实际值；L
f
为接口电路相电感实际值；
[0016]所述开环电压模型具体基于i
fd
＝i
sd
，i
fd
＝i
sq
，的假设，通过将永磁同步电机模型与接口电路电压方程联立得到以下开环控制电压方程：
[0017][0018][0019]式中，L
fr
、R
fr
分别为接口电路的名义电感值和电阻值；u
ed
、u
eq
分别为开环控制输出电压u
e
的d、q轴分量；
[0020]所述滑模扰动观测器具体考虑以下参数扰动：
[0021][0022][0023][0024]式中，f
d
、f
q
分别为d、q轴的扰动量，ΔR
f
＝R
f
‑
Rxx，ΔL
f
＝L
f
‑
L
fr
，上标
·
表示相应参数的一阶导数；
[0025]则接口电路电压方程可改写为：
[0026][0027][0028]由此设计的滑模扰动观测器具有以下公式形式：
[0029][0030][0031]式中，上标^表示相应参数的观测值；
[0032]滑模面选取为：并且令以削减抖震，可得到滑模控制函数为：
[0033][0034]式中，g
d
、g
q
、λ、ε均为大于0的设计参数；
[0035]对开环控制电压及观测到的扰动求和，从而得到功率变换器的最终控制电压：
[0036][0037]上述本专利技术所提供的基于扰动补偿控制的永磁同步电机模拟器，通过扰动补偿能够有效避免电流环的控制冲突问题，使系统的稳定性显著提高，其中的开环控制环节提高了系统的动态响应速度，滑模扰动观测器的使用则大大提升了控制算法的鲁棒性，从而克服了现有技术所存在的缺陷，并可提供诸多有益效果。
附图说明
[0038]图1为本专利技术所提供的永磁同步电机模拟器的拓扑结构图；
[0039]图2为模拟器中实时处理器所执行的控制流程图；
[0040]图3为模拟器中所采用的滑模扰动观测器原理框图。
具体实施方式
[0041]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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]本专利技术所提供的基于扰动补偿控制的永磁同步电机模拟器，具体包括：接口电路7、功率逆变器6、信号采集电路3与实时处理器4；
[0043]其中，所述接口电路具体采用L型滤波电路的形式，其输入端与待测电机控制器2的三相输出端连接，接口电路的输出端与所述功率逆变器输入端连接；所述信号采集电路与接口电路的输入端连接，用于采集三相电流和电压，并输入所述实时处理器；所述实时处理器中运行有永磁同步电机模型、接口电路电压模型、开环电压模型、滑模扰动观测器以及SVPWM调制模块；
[0044]所述信号采集电路采集接口电路输入端的电流和电压并传送给实时处理器；
[0045]如图2所示，所述实时处理器利用采集的三相电流i
f
和电压u
s
依次执行以下处理：
[0046]所述永磁同步电机模型基于采集的电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于扰动补偿控制的永磁同步电机模拟器，其特征在于：具体包括：接口电路、功率逆变器、信号采集电路与实时处理器；其中，所述接口电路具体采用L型滤波电路的形式，其输入端与待测电机控制器的三相输出端连接，接口电路的输出端与所述功率逆变器输入端连接；所述信号采集电路与接口电路的输入端连接，用于采集三相电流和电压，并输入所述实时处理器；所述实时处理器中运行有永磁同步电机模型、接口电路电压模型、开环电压模型、滑模扰动观测器以及SVPWM调制模块；所述信号采集电路采集接口电路输入端的电流和电压并传送给实时处理器；所述实时处理器利用采集的三相电流i
f
和电压u
s
依次执行以下处理：所述永磁同步电机模型基于采集的电压u
s
输出接口电路期望电流i
s
；所述开环电压模型利用所述期望电流i
s
与采集的电流i
f
和电压u
s
输出电压u
e
；所述滑模扰动观测器利用所述期望电流i
s
与采集的电流i
f
和电压u
s
输出观测的扰动将所述电压u
e
与扰动的加和作为功率逆变器的期望输出电压u*，并进行SVPWM调制后由功率逆变器输出。2.如权利要求1所述的所述永磁同步电机模拟器，其特征在于：永磁同步电机模型基于dq坐标系建立，具有以下形式：dq坐标系建立，具有以下形式：式中，u
sd
、u
sq
分别为d、q轴电压分量；i
sd
、i
sq
分别为d、q轴期望电流分量；R
s
表示永磁同步电机相电阻；L
sd
、L
sq
分别为电机d、q轴电感；ω
e<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志福，王泽尚，潘琼，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：