表貼式永磁同步電機(jī)電流預(yù)測(cè)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明表貼式永磁同步電機(jī)電流預(yù)測(cè)控制方法，涉及通過矢量控制來控制直流電動(dòng)機(jī)的方法，一、按同步采樣和控制周期T采樣，對(duì)電機(jī)信號(hào)進(jìn)行采樣；二、計(jì)算求出下一時(shí)刻，即(k+1)T時(shí)刻的控制電壓矢量us(k+1)；三、實(shí)施電流控制；四、實(shí)現(xiàn)對(duì)SPMSM電流矢量的預(yù)測(cè)控制；該方法結(jié)合電流動(dòng)態(tài)變化本質(zhì)及電流矢量特性，提高了電流控制速度和精度，實(shí)現(xiàn)電流矢量的準(zhǔn)確跟隨，克服了現(xiàn)有技術(shù)對(duì)永磁同步電機(jī)電流控制速度和精度仍然較低的缺陷。
【專利說明】表貼式永磁同步電機(jī)電流預(yù)測(cè)控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的技術(shù)方案設(shè)及通過矢量控制來控制直流電動(dòng)機(jī)的方法，具體地說是表貼 式永磁同步電機(jī)電流預(yù)測(cè)控制方法。

【背景技術(shù)】
[000引永磁同步電機(jī)（英文縮寫為PMSM)是一種常用的S相同步交流電機(jī)，具有高效率、 高功率密度等特點(diǎn)，其中表貼式永磁同步電機(jī)（W下均用英文縮寫為SPMSM)，具有交直軸 (d-q軸）電感量相等的特點(diǎn)，更易控制。隨電機(jī)運(yùn)行性能日益提高，由SPMSM構(gòu)成的電機(jī)系 統(tǒng)應(yīng)用越來越廣泛，如家電、數(shù)控機(jī)床、火炮、雷達(dá)等領(lǐng)域。
[0003] 電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩響應(yīng)的快速性和穩(wěn)定性是保證SPMSM控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵，而 與電磁轉(zhuǎn)矩直接相關(guān)的電流環(huán)性能則成為反映系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。對(duì)于數(shù)字控制器，由 于電流響應(yīng)時(shí)間短，變化快，需要控制器在幾十到幾百微秒的控制周期內(nèi)實(shí)時(shí)地對(duì)電流進(jìn) 行調(diào)節(jié)，目前常用的控制方法有；針對(duì)=相電流的電流滯環(huán)控制、電流PID控制及其衍生算 法；針對(duì)定子磁鏈定向d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中W、iq分量進(jìn)行控制的PID控制、無差拍控制等。 另外，由于控制輸出和檢測(cè)輸入之間常常存在至少一個(gè)控制周期的延時(shí)，導(dǎo)致電機(jī)電流控 制的滯后，于是在上述算法的基礎(chǔ)上，加入其他算法實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)控制，如《基于無差拍控制的 永磁同步電機(jī)魯椿電流控制算法研究》引入龍伯格觀測(cè)器，在無差拍控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電 流預(yù)測(cè)控制。另外，d-q旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，雖然易于知道與轉(zhuǎn)矩成正比的i。電流值，但電流的 變化過程不能直觀反映，且i。之間存在禪合關(guān)系，文獻(xiàn)《誤差補(bǔ)償?shù)挠来磐诫姍C(jī)電流 環(huán)解禪控制》《永磁同步電機(jī)的數(shù)字化電流控制環(huán)分析》強(qiáng)調(diào)解禪必然會(huì)增加電流控制的復(fù) 雜程度?？傊?，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)永磁同步電機(jī)電流控制速度和精度仍然較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供表貼式永磁同步電機(jī)電流預(yù)測(cè)控制方法，是 一種電流矢量為控制目標(biāo)的SPMSM電流控制方法，該方法結(jié)合電流動(dòng)態(tài)變化本質(zhì)及電流矢 量特性，提高了電流控制速度和精度，實(shí)現(xiàn)電流矢量的準(zhǔn)確跟隨，克服了現(xiàn)有技術(shù)對(duì)永磁同 步電機(jī)電流控制速度和精度仍然較低的缺陷。
[0005] 本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是；表貼式永磁同步電機(jī)電流預(yù)測(cè)控制 方法，步驟如下：
[0006] 該方法中所用到的設(shè)備包括DSP、SPMSM、電流傳感器和逆變裝置；在SPMSM運(yùn)行 時(shí)，執(zhí)行下面的電流預(yù)測(cè)控制步驟，即電流矢量預(yù)測(cè)控制步驟：
[0007] 第一步，按同步采樣和控制周期T采樣，對(duì)電機(jī)信號(hào)進(jìn)行采樣：
[000引在當(dāng)前時(shí)刻，即kT時(shí)刻，用電流傳感器按同步采樣和控制周期T采樣對(duì)電機(jī)信 號(hào)進(jìn)行采樣的方式，來采樣SPMSM的定子S相電流中的ig和i b信號(hào)，另一相電流i e由i。 =-ig-ib計(jì)算得到，經(jīng)Clark變換得到兩相靜止a -P坐標(biāo)系下的電流信號(hào)i。和i P，并組 合為kT時(shí)刻的電流矢量i,(k) = [i"，ip]，提供給電流矢量預(yù)測(cè)控制器，SPMSM的轉(zhuǎn)子機(jī)械 位置信號(hào)9 m及經(jīng)過微分器得到的機(jī)械角速度信號(hào)也同時(shí)給到電流矢量預(yù)測(cè)控制器；
[0009] 第二步，計(jì)算求出下一時(shí)刻，即化+1)T時(shí)刻的控制電壓矢量U,化+1);
[0010] 結(jié)合由前一級(jí)位置控制輸出的、速度控制輸出的、或人為設(shè)定的電流矢量公，W及 第一步檢測(cè)得到的is化)、Q m和《 m，代入電流矢量預(yù)測(cè)控制計(jì)算式（1)計(jì)算求出化+1)T時(shí) 刻的控制電壓矢量Uy化+1)，
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 表貼式永磁同步電機(jī)電流預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于步驟如下： 該方法中所用到的設(shè)備包括DSP、SPMSM、電流傳感器和逆變裝置；在SPMSM運(yùn)行時(shí)，執(zhí) 行下面的電流預(yù)測(cè)控制步驟，即電流矢量預(yù)測(cè)控制步驟： 第一步，按同步采樣和控制周期T采樣，對(duì)電機(jī)信號(hào)進(jìn)行采樣： 在當(dāng)前時(shí)刻，即kT時(shí)刻，用電流傳感器按同步采樣和控制周期T采樣對(duì)電機(jī)信號(hào)進(jìn)行 采樣的方式，來采樣SPMSM的定子三相電流中的込和ib信號(hào)，另一相電流i。由i。=-ia-ib 計(jì)算得到，經(jīng)Clark變換得到兩相靜止a- 0坐標(biāo)系下的電流信號(hào)ia和ie，并組合為kT時(shí) 亥IJ的電流矢量is(k) = [ia，ie]，提供給電流矢量預(yù)測(cè)控制器，SPMSM的轉(zhuǎn)子機(jī)械位置信號(hào) 0">及經(jīng)過微分器得到的機(jī)械角速度信號(hào)《m也同時(shí)給到電流矢量預(yù)測(cè)控制器； 第二步，計(jì)算求出下一時(shí)刻，即（k+l)T時(shí)刻的控制電壓矢量us(k+l): 結(jié)合由前一級(jí)位置控制輸出的、速度控制輸出的、或人為設(shè)定的電流矢量i/，以及第 一步檢測(cè)得到的is(k)、0 _"和《m，代入電流矢量預(yù)測(cè)控制計(jì)算式（1)計(jì)算求出（k+l)T時(shí)刻 的控制電壓矢量113&+1)，
第三步，實(shí)施電流控制： 利用SVPWM將第二步求得的控制電壓矢量us (k+1)調(diào)制轉(zhuǎn)換為逆變裝置的PWM控制信 號(hào)，并在（k+1)T時(shí)刻供給逆變裝置，控制電機(jī)電流矢量跟隨給定電流矢量i/，以實(shí)施電流 控制； 第四步，實(shí)現(xiàn)對(duì)SPMSM電流矢量的預(yù)測(cè)控制： 在（k+l)T時(shí)刻作為當(dāng)前時(shí)刻的下一時(shí)刻，重復(fù)第一步到第三步的過程直至電機(jī)運(yùn)行 結(jié)束，在電機(jī)運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)SPMSM電流矢量的預(yù)測(cè)控制，即實(shí)現(xiàn)對(duì)表貼式永磁同步電 機(jī)電流預(yù)測(cè)控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述表貼式永磁同步電機(jī)電流預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于：所述電 流矢量預(yù)測(cè)控制計(jì)算式（1)是由電機(jī)模型推演得到，其推導(dǎo)過程如下： 對(duì)于永磁同步電機(jī)的通用"電壓一電流"方程：
(2) 式中，Rs為定子電阻，Ld,Lq為d,q軸定子電感，ud, &id,iq分別為d,q軸定子電壓 分量和電流分量，i])f為轉(zhuǎn)子永磁體磁鏈，《為轉(zhuǎn)子電角速度，且《 =p?m，p為電機(jī)極對(duì) 數(shù)，s表示微分算子，對(duì)于SPMSM，有1^=1^=!^，利用Clark變換，得到a-|3坐標(biāo)系下的 電機(jī)方程，寫成如下狀態(tài)方程：
(3) 式中，0為轉(zhuǎn)子電角度位置，0 ，計(jì)算求該狀態(tài)方程由kT到（k+1)T的解， 其中T為控制周期，并利用Taylor級(jí)數(shù)對(duì)T展開取近似，得到：

該計(jì)算過程在（kT，（k+l)T]區(qū)間上進(jìn)行，在（k+l)T時(shí)刻給出控制量113&+1)，其中us(k)由前一時(shí)刻的計(jì)算得到，w為kT時(shí)刻的電角速度，由于旋轉(zhuǎn)慣性，近似認(rèn)為在較短的 時(shí)間內(nèi)（幾個(gè)T內(nèi)）保持不變，而電機(jī)參數(shù)步f、Rs、Ls由電機(jī)參數(shù)手冊(cè)得到，或由某種參數(shù) 辨識(shí)方法得到。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述表貼式永磁同步電機(jī)電流預(yù)測(cè)控制方法，其中所述的Clark變 換、電流矢量預(yù)測(cè)控制器和SVPWM均在DSP中由軟件實(shí)現(xiàn)，DSP選用美國(guó)德州儀器公司的 TMS320LF2812 ;SPMSM為科爾摩根公司的M205B永磁同步電機(jī)，內(nèi)含用于檢測(cè)位置的旋轉(zhuǎn)編 碼器；電流傳感器采用Honeywell公司的CSNE151-100電流霍爾傳感器；逆變裝置為三相 橋式逆變電路。
【文檔編號(hào)】H02P21/14GK104485868SQ201410812646
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】孫鶴旭, 董硯, 鄭易, 荊鍇, 閆旭, 雷兆明, 郭賢朝 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)