一种三相无刷直流电机FOC控制中转速快速响应的方法技术

本发明专利技术公开了一种三相无刷直流电机FOC控制中转速快速响应的方法，当电机转速持续不能达到转速给定值，出现过调制初始时刻，进行PI环输出幅值累积限制，把Iq赋值给Iq*_max、把Uq赋值给Uq_max，把Ud赋值给Ud_max，则FOC系统中的三个PI控制环，就不会输出幅值累积过大；当系统即使速度跟不上设定值，而速度设定值下降，一旦低于检测转速时，达到快速跟随设定转速值下降的目的，实现转速快速响应，提高使用场景安全性和可靠性。场景安全性和可靠性。场景安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种三相无刷直流电机FOC控制中转速快速响应的方法


[0001]本专利技术涉及无刷电机控制技术，具体涉及一种三相无刷直流电机FOC控制中转速快速响应的方法。

技术介绍

[0002]随着无刷直流电机(BLDC)大规模研发和技术的逐渐成熟，驱动系统也在不断的日益完善，无刷直流电机越来越多的在压缩机、空调风机、汽车动力驱动及转向等领域广泛应用。
[0003]FOC磁定向控制，采用正弦波的控制方式，启动比较平稳，不仅解决了方波控制带来的噪声问题而且它的控制方式是按照某种设定的关系分配的。通过将电机定子电流分解为励磁电流和转矩电流，从而能够在很大程度上提高电机速度控制的精准度。FOC能精准控制磁场大小和方向，使电机转矩平稳、效率高，并且能够高准控制，能够实现速动态响应。
[0004]在三相无刷直流电机双闭环控制中，转速环和电流环采用PI进行控制。有些蓄电池供电的场合，如果电池电压降低，或者有些负载过重的场合，实际转速会存在跟踪不上转速设定值的情况，就会长时间存在静差，从而导致输出幅值累积过大，因此转速环和电流环需进行输出幅值累积过大的处理。但在实际运行中发现，增加传统输出幅值累积过大处理后，当设定值小于实际转速时，实际转速还是会持续一段时间才下降；这段持续时间中，即使设定值已经低于检测值，而转速持续较长时间持续不减小，不能跟随设定值下降，而在较长时间后，速度又突然快速下降；在电动自行车系统中，就会造成刹车距离增大，速度陡降等问题，给行驶人员带来危害。出现这种现象是因为系统转速持续跟随不上，会造成过调制，系统会进行过调制抑制，在系统出现过调制时，Iq*、Uq和Ud还会持续增大，造成PI环输出幅值累积过大。

技术实现思路

[0005]为克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种三相无刷直流电机FOC控制中转速快速响应的方法，利用过调制抑制起始时刻，进行PI环输出幅值累积限制，在转速给定值下降时，实现转速快速响应。
[0006]为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种三相无刷直流电机FOC控制中转速快速响应的方法，设定目标转速，使用增量式编码器获取电机实际转速和角度，将增量式编码器获得的实际转速与目标转速之间的误差作为速度环输入，将增量式编码器获得的角度参与Park与反Park坐标变换的计算；再通过电流采样及调理电路采集三相电流Ia、Ib、Ic，并通过Clark与Park坐标变换转换为同步旋转坐标系d
‑
q轴电流Id、Iq作为反馈送到电流内环；将电流内环的输出Ud，Uq通过Park变换形成在静止坐标系α
‑
β轴电压信号Uα，Uβ，再通过SVPWM算法计算得出逆变器的触发信号，驱动逆变器开关管控制电机旋转；
[0008]当电机转速持续不能达到转速给定值，出现过调制初始时刻进行输出幅值累积过
大处理，具体为将Iq的检测值作为转速环的输出限幅值Iq*_max；将Uq作为Q轴电流环输出的最大值Uq_max；将Ud作为d轴电流环输出的最大值Ud_max；当过调制结束后，转速环的输出限幅值、Q轴电流环的输出值、D轴电流环的输出值恢复原值，使得系统中的三个PI控制器不产生输出幅值累积过大的情况。
[0009]进一步，电机转速持续不能达到转速给定值，出现过调制的初始时刻，选取过调制时刻作为去除输出幅值累积过大的标志位，此时进行输出幅值累积过大处理。
[0010]进一步，在过调制标志信号到来时立刻锁存速度环和电流环的输出，即让Iq*_max＝Iq、Uq_max＝Uq、Ud_max＝Ud，在系统动作后使得Iq和Uq、Ud等于过调制时刻的检测值。
[0011]本专利技术公开了一种三相无刷直流电机FOC转速控制中利用过调制抑制起始时刻，进行PI环输出幅值累积限制，并在转速给定值下降时，实现转速快速响应的控制方法，在系统一旦进入过调制的时刻，把Iq赋值给Iq*_max、把Uq赋值给Uq_max，把Ud赋值给Ud_max，则FOC系统中的三个PI控制环，就不会输出幅值累积过大；当系统即使速度跟不上设定值，而速度设定值下降，一旦低于检测转速时，则速度能够快速响应，达到快速跟随设定转速值下降的目的。
[0012]避免系统转速持续跟随不上设定值造成过调制问题，避免因过调制在电动自行车系统中导致的刹车距离增大，速度陡降等问题；实现电机转速快速响应，提高使用场景安全性和可靠性。
附图说明
[0013]图1三相无刷直流电机矢量控制框图；
[0014]图2电压空间矢量图；
[0015]图3电压空间矢量合成示意图；
[0016]图4产生过调制信号流程图；
[0017]图5在FOC控制中转速快速控制流程图；
[0018]图6(a)为传统方法存在输出幅值累积过大现象的波形图；
[0019]图6(b)改进输出幅值累积过大限制方法的波形图；
[0020]图7传统方法和改进方法下，转速给定值、转速检测值波形对比图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0022]如图1所示，采用id＝0的矢量控制方法来控制三相无刷直流电机，从图中可以看出矢量控制主要包括3个部分：转速环PI调节器、电流环PI调节器以及SVPWM算法。
[0023]双闭环矢量控制的原理如下：首先通过软件给定目标转速的输入，使用增量式编码器进行电机转速和角度的提取，将编码器观测的转速与目标转速之间的误差作为速度环的输入，将观测的角度参与Park与反Park坐标变换的计算，再通过电流采样及调理电路采集三相电流Ia、Ib、Ic，并通过Clark与Park坐标变换，转换为同步旋转坐标系d
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q轴电流Id、Iq作为反馈送到电流内环；其次，将电流内环的输出Ud，Uq，通过Park变换，形成在静止坐标系α
‑
β轴电压信号Uα，Uβ，再通过SVPWM算法计算得出逆变器的触发信号，驱动逆变器开关管来控制电机旋转。
[0024]造成图6(a)中2位置持续时间的原因是由于输出幅值累积过大时，转速环的PI输出降低缓慢，并造成Iq电流环的输出Uq不能及时下降，从而导致实际转速不能及时跟随设定转速；造成输出幅值累积过大的原因是，当母线电压降低时，Iq*、Uq、Ud的输出限幅值，应该适度下降，不应该保持固定的最大值。
[0025]产生输出幅值累积过大原因是出现过调制时，系统在进行过调制抑制，此时，速度环的输出Iq*、电流环的输出Uq、Ud，持续增加出现了幅值累积过大，所以选取过调制时刻作为去除输出幅值累积过大的标志位，此时进行改进的输出幅值累积过大处理。
[0026]处理办法：
[0027]1、获取过调制标志：
[0028]SVPWM控制策略是依据逆变器空间电压(电流)矢量切换来控制变流器的一种控制策略，逆变器的8种开关模式就对应8个电压空间矢量，如图2所示。
[0029]当电压空间矢量U
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三相无刷直流电机FOC控制中转速快速响应的方法，其特征在于：设定目标转速，使用增量式编码器获取电机实际转速和角度，将增量式编码器获得的实际转速与目标转速之间的误差作为速度环输入，将增量式编码器获得的角度参与Park与反Park坐标变换的计算；再通过电流采样及调理电路采集三相电流Ia、Ib、Ic，并通过Clark与Park坐标变换转换为同步旋转坐标系d
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q轴电流Id、Iq作为反馈送到电流内环；将电流内环的输出Ud，Uq通过Park变换形成在静止坐标系α
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β轴电压信号Uα，Uβ，再通过SVPWM算法计算得出逆变器的触发信号，驱动逆变器开关管控制电机旋转；当电机转速持续不能达到转速给定值，出现过调制初始时刻进行输出幅值累积过大处理，具体为将Iq的检测值作为转速环的输出限...

【专利技术属性】
技术研发人员：李英春，赵晨新，李俏，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：