)、（5)代入式(3)，得到：
在數(shù)字信號控制系統(tǒng)里，電流環(huán)計算輸出電壓點和實際輸出電壓生效點存在延時，如 圖4所示，在(K-l)TJ寸刻系統(tǒng)利用采樣值進行電流調(diào)節(jié)器運算，計算輸出電壓PWM占空比， 但是需要等到(K-0.5)TC或KTC時刻，才實現(xiàn)ΠΜ占空比輸出信號的更新，系統(tǒng)延時時間由電 流采樣方式及電流環(huán)執(zhí)行方式有關(guān)。
[0019]根據(jù)永磁同步電機電壓方式，考慮系統(tǒng)延時，建立含有系統(tǒng)延時的電流環(huán)動態(tài)結(jié) 構(gòu)圖，如圖3所示，在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，補償?shù)舴措妱莺蛯崿F(xiàn)電流交叉解耦后的電流環(huán)開 環(huán)傳遞函數(shù)為
式中，Tc^Kp/K:，為PI的比例系數(shù)和積分系數(shù)比值，Tcr=Ls/Rs，為電機電樞回路的電磁 時間常數(shù)，它代表控制對象中的大時間常數(shù)，ΤΡ、T?都是小時間常數(shù)，TP《Ti，TPWM《Ti，將小時 間常數(shù)合并，簡化系統(tǒng)的電流環(huán)開環(huán)傳遞函數(shù)為
式中，Tdelay=TP+T?，考慮電流環(huán)需要較快的動態(tài)跟隨性能，按照典型I型系統(tǒng)設(shè)計電流 調(diào)節(jié)器，選擇，得到電流閉環(huán)傳遞函數(shù)為
由式（10)可以得到阻尼比ξ，閉環(huán)截止頻率wcb為
按照2階最佳整定，選擇阻尼比為0.707，則比例系數(shù)ΚΡ，閉環(huán)截止頻率wcb為
由式（14)可以看出電流環(huán)的截止頻率wcb與延時時間Tdeiay成反比，選擇合適的電流采 樣和電流環(huán)計算策略，能夠減小延時時間，擴展電流環(huán)帶寬，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
[0020]本發(fā)明的電流采樣及電流環(huán)計算時序如圖4所示，采用獨立的PWM中斷和電流采樣 中斷，電流采樣中斷頻率較高，PWM中斷執(zhí)行電流環(huán)計算PWM占空比，并在PWM1~PWM3的周期 點和下溢點更新此占空比，如在(K+0.25)Tc時刻執(zhí)行電流環(huán)計算PWM占空比，反饋電流采用 (K-0.25)Tc時刻到(K+0.25 )TC時刻的電流采樣平均值，電流采樣中斷先將三相采樣電流變 換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下，PWM中斷在計算旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電流采樣平均值，可以減小電流檢測和反 饋環(huán)節(jié)的延時，最后，電流環(huán)計算PWM占空比在(K+0.5)Tc時刻更新，在(K+0.5)Tc時刻到(K+ 1)TJ寸刻生效，以此類推。按照上述電流采樣及電流環(huán)計算時序，可以得到電流環(huán)系統(tǒng)延時 為
上述電流采樣及電流計算策略減少電流環(huán)延時，擴展電流環(huán)帶寬，有效地提高系統(tǒng)在 低載波比情況下的穩(wěn)定性，尤其適合應(yīng)用于載頻低、運行頻率高的電機控制場合。
[0021] 根據(jù)圖5,以表貼式永磁同步電流為例，本發(fā)明的永磁同步電機的矢量控制方法實 現(xiàn)步驟如下所述。
[0022] 步驟1:速度檢測及控制。
[0023] 根據(jù)圖5,通過電機的速度檢測裝置，獲得電機的速度反饋V，計算得到速度指令/ 和速度反饋v的偏差e(t)。采用PI控制策略，根據(jù)公式
算并輸出轉(zhuǎn)矩電流PI控制器輸出指令i*qpid，公式中t表示時間，Kpe(t)表示比例控制項，
表示積分控制項，Kp、!^分別是預(yù)先設(shè)置的比例系數(shù)、積分時間常數(shù)。
[0024] 步驟2:重復(fù)控制器根據(jù)速度偏差指令計算轉(zhuǎn)矩補償值。
[0025] 根據(jù)圖5,計算速度指令，和速度反饋ν之間的偏差e，采用重復(fù)控制器，根據(jù)公式
及圖1和圖2說明，計算轉(zhuǎn)矩電流補 償控制指令i*qcomp，結(jié)合步步驟中計算的轉(zhuǎn)矩電流PI控制器輸出i*qpid，得到轉(zhuǎn)矩電流 q=i*qpid+i氺qcomp〇
[0026] 步驟3:設(shè)計電流采樣及環(huán)路計算策略。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的矢量控制方法，采用如圖4所述的電流采樣及電流環(huán)計算策略，采用 獨立的電流采樣中斷和PWM發(fā)波中斷。首先，在滿足程序執(zhí)行時間的前提下，可以盡可能提 高電流采樣中斷頻率，執(zhí)行電流環(huán)的反饋電流采用一個電流環(huán)執(zhí)行周期內(nèi)的平均值，從而 減小電流采樣波動及準(zhǔn)確性;其次，在PWM三角載波的中間位置或更靠近PWM波的生效位置， 執(zhí)行電流環(huán)計算PWM占空比；最后，在三角載波的周期點和下溢點更新PWM占空比。此電流采 樣及電流環(huán)計算策略可以減少電流環(huán)延時，擴展電流環(huán)帶寬，提高系統(tǒng)在低載波比情況下 的穩(wěn)定性。
[0028]步驟4:電流采樣及電流環(huán)控制。
[0029] 根據(jù)圖5,按照步驟3設(shè)計的電流采樣及電流環(huán)計算策略，控制勵磁電流指令i*d= 〇,結(jié)合步驟2計算力矩電流指令i*q，按照步驟1所述PI控制策略，執(zhí)行勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電 流PI控制，計算同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的輸出電壓指令u*d、u*q。
[0030] 步驟5:PWM調(diào)制。
[0031] 根據(jù)圖5,結(jié)合步驟第4步計算旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的輸出電壓，以及根據(jù)速度反饋積分 得到的轉(zhuǎn)子電氣角度Θ，采用異步調(diào)制和同步調(diào)制相結(jié)合的PWM調(diào)制方法，生成PWM斬波對電 機進行控制。
[0032] 上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人 士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，凡根據(jù)本發(fā)明 精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種車載永磁同步電機矢量控制方法，其特征在于:該方法的步驟包括： 第一，檢測電機速度，獲取電機的速度反饋V，比較速度指令，和速度反饋V之間的偏差e，采用PI控制器計算電機轉(zhuǎn)矩電流，PI控制器輸出指令i*cipid; 第二，根據(jù)比較速度指令/和速度反饋v之間的偏差e，采用重復(fù)控制器再計算轉(zhuǎn)矩電流 補償控制指令i*qcomp，結(jié)合第一步中計算的轉(zhuǎn)矩電流PI控制器輸出i*qpid，得到實際生 效的轉(zhuǎn)矩電流指令i*q; 第三，設(shè)計電流采樣及電流環(huán)計算策略，在載頻低、運行頻率高的車載永磁同步電機應(yīng) 用場合，采用獨立的電流采樣中斷和PWM發(fā)波中斷； 第四，根據(jù)第三步設(shè)計的電流采樣及電流環(huán)計算策略，控制勵磁電流指令i*d=0,結(jié)合 第二步中的矩電流指令i*q來執(zhí)行電流環(huán)PI控制，并計算dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的輸出電壓指令 u氺d、u氺qs 第五，根據(jù)檢測得到的速度反饋V，計算求出轉(zhuǎn)子電氣角度Θ，再結(jié)合步驟第四步中4旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的輸出電壓，采用異步調(diào)制和同步調(diào)制相結(jié)合的PWM調(diào)制方法，生成PWM斬波對 電機進行控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種車載永磁同步電機矢量控制方法，其特征在于:所述第三 步的具體步驟包括： A、 在滿足程序執(zhí)行時間的前提下提尚電流米樣中斷頻率，執(zhí)行電流環(huán)的反饋電流并米 用一個電流環(huán)執(zhí)行周期內(nèi)的平均值； B、PWM發(fā)波中斷執(zhí)行電流環(huán)計算輸出電壓，在數(shù)字控制系統(tǒng)中，采用在PWM三角載波的 中間位置或更靠近PWM波的生效位置執(zhí)行電流環(huán)計算。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種車載永磁同步電機矢量控制方法，包括：第一，檢測電機速度，獲取電機的速度反饋v；第二，根據(jù)比較速度指令v*和速度反饋v之間的偏差e，采用重復(fù)控制器再計算轉(zhuǎn)矩電流補償控制指令i*qcomp；第三，設(shè)計電流采樣及電流環(huán)計算策略；第四，根據(jù)第三步設(shè)計的電流采樣及電流環(huán)計算策略，控制勵磁電流指令i*d=0，結(jié)合第二步中的矩電流指令i*q來執(zhí)行電流環(huán)PI控制；第五，根據(jù)檢測得到的速度反饋v，計算求出轉(zhuǎn)子電氣角度θ，再結(jié)合步驟第四步中dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的輸出電壓，采用異步調(diào)制和同步調(diào)制相結(jié)合的PWM調(diào)制方法，生成PWM斬波對電機進行控制。
【IPC分類】H02P21/22, H02P21/18
【公開號】CN105450126
【申請?zhí)枴緾N201510952134
【發(fā)明人】劉巍
【申請人】江蘇經(jīng)緯軌道交通設(shè)備有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月17日