[發(fā)明專利]一種同步電機(jī)的復(fù)合控制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310745365.2
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103825516A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱紀(jì)洪;和陽
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及同步電機(jī)的驅(qū)動控制方法，屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

采用前饋控制與反饋閉環(huán)控制相結(jié)合的復(fù)合控制結(jié)構(gòu)。前饋控制器的引入，克服了純反饋控制需等輸出量發(fā)生變化并形成偏差后才糾正偏差的控制作用，比純反饋控制更“及時(shí)”，改善了系統(tǒng)的相頻特性。同時(shí)引入反饋控制并結(jié)合前饋控制，消除了逆動力學(xué)前饋控制因本身建模誤差或外部擾動而造成輸出誤差。

常規(guī)的轉(zhuǎn)速復(fù)合控制器，通常在頻域下設(shè)計(jì)其前饋控制器和反饋控制器，其輸入輸出為直流量，得到頻域下的電機(jī)控制電壓后在再進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，其反饋控制電壓與前饋控制電壓具有相同的相位。本發(fā)明采用轉(zhuǎn)速控制與相電流控制雙環(huán)嵌套的控制結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)速控制器與相電流控制器分別采用復(fù)合控制結(jié)構(gòu)；轉(zhuǎn)速前饋控制以轉(zhuǎn)速給定作為輸入，其輸出進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，與電機(jī)反電動勢同相；轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制器的輸出作為多相電流控制器的給定輸入，其值正比于電機(jī)所需轉(zhuǎn)矩；相電流控制器為實(shí)現(xiàn)直軸電流分量為零的控制目標(biāo)，使相電流相位與電機(jī)反電動勢同相，其電流給定輸入進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，分別作為相電流超前-滯后網(wǎng)絡(luò)和相電流反饋控制的給定輸入；相電流超前-滯后網(wǎng)絡(luò)根據(jù)電機(jī)電樞模型進(jìn)行前饋補(bǔ)償，并引入低通濾波器；相電流閉環(huán)控制器用于消除轉(zhuǎn)矩誤差，實(shí)現(xiàn)高精度力矩控制；轉(zhuǎn)速前饋控制電壓、相電流前饋控制電壓與相電流反饋控制電壓的矢量和為實(shí)際電機(jī)的控制電壓。

本發(fā)明與常規(guī)轉(zhuǎn)速復(fù)合控制器相比，實(shí)現(xiàn)了對各相電流進(jìn)行獨(dú)立控制。其相電流控制器的給定輸入、轉(zhuǎn)速前饋的輸出分別進(jìn)行旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，使得相電流超前-滯后網(wǎng)絡(luò)的前饋輸出、相電流閉環(huán)控制器的輸出和轉(zhuǎn)速前饋控制器的輸出具有不同的相位，并對上述三個(gè)補(bǔ)償量進(jìn)行矢量求和，具有物理概念清晰，算法簡單，易于編程，控制精度高的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種快速、物理概念清晰、魯棒性高、控制律設(shè)計(jì)方便且易于編程實(shí)現(xiàn)的同步電機(jī)的復(fù)合控制方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種同步電機(jī)的復(fù)合控制器，其特征在于，含有：一個(gè)速度前饋控制器、一個(gè)速度反饋控制器、N個(gè)相電流控制器，N代表同步電機(jī)的相數(shù)；其中：

速度前饋控制器包含一個(gè)比例環(huán)節(jié)、一個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換器；所述比例環(huán)節(jié)由同步電機(jī)反電動勢常數(shù)確定，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為C_e，所述轉(zhuǎn)子速度外部參考輸入ω_r經(jīng)過所述比例環(huán)節(jié)后，得到速度前饋控制電壓幅值C_eω_r；所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換器為包含電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角θ和各相與第一相之間相位差φ的正弦函數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為sin(θ+φ)，對兩相同步電機(jī)，式中對三相及三相以上電機(jī)φ=(-2π／N)×(X-1)，X代表電機(jī)各相繞組，可取1、2、3、...、N；所述速度前饋控制電壓幅值經(jīng)過所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換器，得到N個(gè)繞組的速度前饋控制電壓：e_FFX=C_eω_rsin(θ+φ)；

速度反饋控制器包含一個(gè)減法器、一個(gè)PID控制器和一個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換器；所述減法器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子速度外部參考輸入ω_r與轉(zhuǎn)子角速度ω相減運(yùn)算，得到產(chǎn)生轉(zhuǎn)速誤差；上述轉(zhuǎn)速誤差經(jīng)過所述PID控制器，得到與系統(tǒng)所需力矩成正比的相電流參考輸入幅值i_r；所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換器為包含電機(jī)轉(zhuǎn)子位置角θ和各相與第一相之間相位差φ的正弦函數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為sin(θ+φ)，對兩相同步電機(jī)，式中對三相及三相以上電機(jī)φ=(-2π／N)×(X-1)，X代表電機(jī)各相繞組，可取1、2、3、...、N；所述相電流參考輸入幅值i_r經(jīng)過所述旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換器，得到N個(gè)相電流參考輸入i_{X_r}=i_rsin(θ+φ)，輸出到N個(gè)相電流控制器；