一种永磁同步电动机的二自由度速度控制器制造技术

本发明专利技术属于与航空电气与电力技术领域，具体涉及一种永磁同步电动机的二自由度速度控制器

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电动机的二自由度速度控制器


[0001]本专利技术属于与航空电气与电力
，具体涉及一种永磁同步电动机的二自由度速度控制器
。

技术介绍

[0002]航空发动机是飞机最重要的组成部分之一，研究先进的航空发动机技术对于整个国家航空事业的发展有着重大意义
。
传统飞机的二次能源主要包括液压能
、
气压能
、
电能等
。
各种形式的能源通过各自独立的系统进行分配和转化，导致飞机的能源系统比较复杂，不利于管理
。
相较于液压能和气压能，电能具有输送与管理自动化
、
智能化和一体化的优势
。
多电飞机采用电能代替其他形式的能源，简化了飞机上的能源形式，从而提升飞机的综合性能
。
多电飞机采用起发一体机替代传统航空发动机的起动机和发电机，与航空发动机高压转子同轴安装
。
在起动阶段，起发一体机作为电动机运行，带动航空发动机达到点火速度；在发电阶段，起发一体机作为发电机运行，为机载设备供电
。
起发一体机简化了航空发动机的附件装置，减轻了重量，提高了能源转换效率
。
同时，起发一体机与航空发动机高压转子同轴安装也有利于抑制喘振，提高航空发动机的性能
。
[0003]航空起动发电一体机在起动阶段作为电动机运行，作用是带动航空发动机到达指定速度，因此在起动阶段主要关注的是电机的速度和电流
。
在永磁同步电机双闭环控制系统中，外环为速度环，内环为电流环
。
速度环负责调速和稳速，电流环负责提高动态响应速度，使定子电流跟随给定电流
。
由于运行过程中会受到各种干扰，影响电机控制性能，所以需要设计合适的控制器，使得系统能够快速准确地跟踪给定信号，并有效抑制扰动
。
跟踪性能和抗扰性能是控制系统追求的主要目标，传统单自由度控制器通常只能在跟踪性能和抗扰性能之间做权衡，无法满足高性能控制系统的需求
。
二自由度控制器能解决单自由度控制器无法兼顾跟踪性能和抗扰性能的问题，研究先进的二自由度控制策略对于提高永磁同步电机控制性能有重要意义
。
[0004]因此，尤其是永磁同步电动机存在未知干扰的情况下，对永磁同步电动机速度的准确跟踪是非常有价值的，能提高永磁同步电动机工作的可靠性，从而实现航空发动机的精准起动
。
[0005]在永磁同步电动机速度控制器方面，国内外公开发表的文献都是基于比例积分方法或者比例积分微分方法设计速度控制器
。
在永磁同步电机双闭环控制系统中，对速度环控制器的要求是使得电机转速快速跟随到给定转速，同时对速度环中的扰动具有良好的抑制作用
。
传统
PI
控制器是一种单自由度控制器，无法兼顾跟踪性能和抗扰性能，只能在这两个性能之间做权衡，显然无法满足现代永磁同步电机控制系统越来越高的性能需求
。
故提出了传统的二自由度控制技术，虽然典型的二自由度比例
‑
比例积分
(2DOF P
‑
PI)
速度控制器性能得到一定程度的提高，但是抗扰效果仍然有效，故需要对加强扰动的主动抑制
。
[0006]对于永磁同步电动机速度控制器而言，当前的设计方法已经渐渐满足不了工程的实际需要
。
因此，探索出一种有效且适用于工程实践的高精度永磁同步电动机速度控制器
设计方法成为一个亟需解决的问题
。
永磁同步电动机速度的高精度跟踪也因此具备了广阔的研究和应用前景
。

技术实现思路

[0007]本专利技术是为了解决现有技术存在的操作繁复，效率低下，永磁同步电动机速度精度不高的问题，而提出的一种二自由度速度跟踪控制的方法
。
[0008]一种二自由度永磁同步电动机速度控制器，包括以下步骤：
[0009]步骤1：为了便于分析，首先定义坐标系，具体如下：
[0010]各个坐标系之间的转换关系可用公式
(1)
描述；
[0011][0012]其中，
[0013][0014]为永磁同步电动机的电角度
。
[0015]步骤2：根据永磁同步电机矢量控制架构，得到永磁同步电动机速度环模型；
[0016]永磁同步电动机内环为
dq
轴电流环控制器，外环为速度环控制器，其速度环的数学模型满足公式
(2)
和
(3)。
[0017][0018][0019]式中，
ω
m
表示机械角速度；
T
e
和
T
L
分别表示电磁转矩和负载转矩；
J
和
B
分别表示转动惯量和摩擦系数，
i
d
、i
q
分别表示定子电流在
d
‑
q
轴的分量；
ψ
d
、
ψ
q
分别表示定子磁链在
d
‑
q
轴的分量；
L
d
、L
q
分别表示电感在
d
‑
q
轴的分量，对于表贴式永磁同步电机，满足
L
d
＝
L
q
；
ψ
f
表示永磁体磁链
。
[0020]步骤3：考虑负载转矩突变的情况下，得到负载转矩与永磁同步电动机速度之间的数学表达式，具体如下：
[0021][0022]其中，
i
q
为交轴电流值，
T
StepL
为突变负载转矩，负载转矩的突变会使得永磁同步电动机的速度
ω
m
发生突变
。
[0023]步骤4：考虑永磁同步电动机电感参数不准确的情况下，得到电感参数与永磁同步电动机速度之间的数学表达式，具体如下：
[0024][0025]其中，为直轴电感参数的误差，为交轴电感参数的误差；
[0026]步骤5：考虑永磁同步电动机磁链参数不准确的情况下，得到磁链参数与永磁同步电动机速度之间的数学表达式，具体如下：
[0027][0028]其中，为磁链参数的误差
。
[0029]步骤6：为了将步骤
3、
步骤4和步骤5推导的模型信息进行整理，在磁链参数不准确
、
电感参数不准确和负载转矩突变的情况下，将磁链参数不准确
、
电感参数不准确和负载转矩突变归结为总扰动，得到永磁同步电动机速度环的模型；
[0030]步骤7：基于步骤6设计二自由度速度控制器；
[0031]步骤8：在<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种二自由度永磁同步电动机速度控制器，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：首先定义坐标系，具体如下：各个坐标系之间的转换关系可用公式
(1)
描述；其中，
V
abc
＝
[V
a V
b V
c
]
T
,
υ
αβ
＝
[
υ
α υ
β
]
T
,
υ
qd
＝
[
υ
q υ
d
]
T
,,
为永磁同步电动机的电角度
。
步骤2：根据永磁同步电机矢量控制架构，得到永磁同步电动机速度环模型；永磁同步电动机内环为
dq
轴电流环控制器，外环为速度环控制器，其速度环的数学模型满足公式
(2)
和
(3)。(3)。
式中，
ω
m
表示机械角速度；
T
e
和
T
L
分别表示电磁转矩和负载转矩；
J
和
B
分别表示转动惯量和摩擦系数，
i
d
、i
q
分别表示定子电流在
d
‑
q
轴的分量；
ψ
d
、
ψ
q
分别表示定子磁链在
d
‑
q
轴的分量；
L
d
、L
q
分别表示电感在
d
‑
q
轴的分量，对于表贴式永磁同步电机，满足
L
d
＝
L
q
；
ψ
f
表示永磁体磁链
。
步骤3：考虑负载转矩突变的情况下，得到负载转矩与永磁同步电动机速度之间的数学表达式，具体如下：其中，
i
q
为交轴电流值，
T
StepL
为突变负载转矩，负载转矩的突变会使得永磁同步电动机的速度
ω
m
发生突变
。
步骤4：考虑永磁同步电动机电...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙希明，林平，林凯，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：