[發明專利]一種降低永磁同步電機相電流諧波分量的迭代控制器

有效

• 申請號: 201310745268.3
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103684177A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 匡敏馳;朱紀洪
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P27/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，特別涉及一種應用于永磁同步電機的降低永磁同步電機相電流諧波分量的迭代控制器。

背景技術

一般而言，永磁同步電機的調速系統由2個控制環組成，由外向內分別為速度和電流環。其中，電流環是影響電機調速系統性能的關鍵因素。目前，電流環控制方法主要有PID控制、狀態反饋控制、預測控制和滯環控制等。PID控制實現簡單，性能可靠，但是在電流采樣噪聲和系統控制延時的影響下，很難同時兼顧響應的快速性和穩定性。狀態反饋控制需要對系統進行精確建模，同時建立對應的狀態方程和觀測器，并且進行在線或離線的模型參數辨識，但在實際應用中卻很難獲得足夠精確的系統模型。預測控制可以實現對指令信號無超調且快速的跟蹤，但是同樣依賴于被控對象的精確系統模型，需要在控制過程中通過各種方法針對模型參數的不準確進行補償和修正，實現起來較為復雜。滯環控制快速性較好，但這種Bang-Bang控制方法存在紋波大、開關頻率不固定等缺陷，不適用于高性能控制場合。在永磁同步電機中，由于死區效應、電樞反應等因素的影響，相電流會發生較為嚴重的畸變。因而，對于該類型電機，所采用的電流環控制算法應該具有較強的畸變糾正能力，以保證電機系統具有較高的效率。然而，現有電流控制算法存在各自的弊端，不能很好地對相電流畸變進行糾正。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有電流控制算法的不足，提供一種降低永磁同步電機相電流諧波分量的迭代控制器，該控制器可以糾正電機相電流的畸變，抑制相電流的諧波分量，最終減少相電流幅值，提高電機效率。

實現上述目的的一種技術方案是：一種降低永磁同步電機相電流諧波分量的迭代控制器，包括前饋電流幅值補償模塊、迭代收斂控制模塊，其特征在于：

所述前饋電流幅值補償模塊，即采用給控制電壓乘以一個補償系數的方式對相電流進行補償，從而抑制電機因轉子的磁極不完全對稱造成的相電流幅值周期性脈動，最終使得各周期相電流幅值相等；經過前饋電流幅值補償的控制電壓U_f為：

U_f＝A[j]U_msin(θ)

其中，θ為通過旋轉變壓器檢測到的轉子機械角換算出的電角度；U_msin(θ)為基礎正弦波控制電壓；A[j]為儲存前饋電流幅值補償系數的數組，則當永磁電機極對數為p時，數組包含元素A[1]到A[2p]；A[2k-1](1≤k≤p)表示相電流第k個周期0-180°所對應的相電流補償系數；A[2k](1≤k≤p)表示相電流第k個周期180-360°所對應的相電流補償系數；如果補償前相電流幅值偏小，則對應的補償系數大于1，反之，則對應的補償系數小于1；

所述迭代收斂控制模塊，即將電流傳感器測得的相電流與理論計算值相比較，將比較結果通過迭代計算后，存入到補償值數組U[i]中；補償值數組中的元素被用于對電機進行矢量控制，從而使相電流被強制糾正為標準正弦波；經過迭代收斂控制后，控制器最終輸出的控制電壓為：

U＝U_f+U[i]＝A[j]U_msin(θ)+U[i]

其中，補償值數組大小定為N，則當永磁電機極對數為p時，每個數組元素儲存了相電流360p/N°電角度對應的補償值；U[(l-1)N/p+1]到U[lN/p](1≤l≤p)表示相電流第l個周期對應的控制電壓補償值。

進一步的，所述迭代收斂控制模塊中補償值數組U[i]的計算步驟為：

步驟1：通過電流傳感器檢測定子相電流i，并求得每p個相電流周期中電流的最大值I_m；

步驟2：將I_m?sin(θ)作為參考標準正弦波，與當前檢測到的定子相電流i相減，得到電流差Δi；

步驟3：將Δi乘以增益K_p后累加到該電角度對應的相電流補償值數組中；

步驟4：在迭代收斂計算的最后將補償值數組中的值乘以一個衰減系數K(0＜K＜1)，從而使得數組中的補償值收斂，K的值非常接近于1。

本發明實施例的有益效果是，通過電流前饋幅值補償和迭代收斂控制抑制了相電流諧波分量，糾正了相電流畸變，減少了輸出同等轉矩時所需的相電流幅值，最終提升了電機效率。

附圖說明

圖1是永磁同步電機控制系統總框圖。

具體實施方式

下面采用附圖和實施例對本發明做進一步說明，此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發明的限定。