[發明專利]一種隱極式永磁同步電機直接特征控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201610014884.5
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105591575B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 康勁松;武松林;王碩;蔣飛
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P23/12
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司31225
• 代理人: 宣慧蘭

技術領域

本發明涉及一種隱極式永磁同步電機控制系統及方法，尤其是涉及一種隱極式永磁同步電機直接特征控制系統及控制方法。

背景技術

目前，在伺服控制系統等領域，大多數用的控制策略還是基于矢量控制的控制方法，而矢量控制的核心就是雙環結構，即轉速外環和電流內環，這就免不了要使用PI調節器，然而PI調節器也存在自身的一些問題，如帶寬不夠、容易飽和等等。而針對這些問題又提出了一些抑制的方法和手段，但是就整個控制方法上來說無疑是使系統和結構更為復雜。所以為了解決上述提出的電機控制策略問題的方法主要有兩類：一類是對電機結構進行優化設計；另一類是尋求新的控制策略來替代傳統控制。第一類方法，通過改變電機的結構來獲得所期望的磁路特性以及交直軸電感參數的變化范圍，這種途徑需要使用更高級的工藝和技術，成本會增加很多。第二類方法，基于特征控制實現對電機的控制，此種方法結構簡單，同時利用了現代控制理論，就控制手段上已經提升很多，也不需要增加成本。而且包含了現代控制理論的思想，相比較于傳統的PI控制，可以很好的消除一些高斯白噪聲等等，使整個系統的控制更為精確。

另外，電機控制都是基于數字控制技術的，而數字控制包括采樣、計算、產生占空比及其更新等環節，理想的控制模式是在當前時刻采樣電機電流，計算PWM占空比信號，并且實時更新占空比信號。然而，在實際系統中，可以實現的控制模式是在上一時刻進行電機電流采樣，算法占用一定的時間間隔，計算PWM占空比信號，最后在后一時刻更新占空比信號。在采樣周期的開始時刻進行電流采樣的優點是，有更多的時間來計算控制算法，且所得到的電流值近似于電機的平均電流值。然而，逆變器還需要另一個采樣周期把占空比信號轉換為電機側的電壓，這樣就使得數字控制中實際延時為兩個周期。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種隱極式永磁同步電機直接特征控制系統及控制方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種隱極式永磁同步電機直接特征控制系統，包括位置環控制電路和轉速環控制電路，該控制系統還包括定子電流檢測模塊、滑模變結構觀測器、預測控制模塊、特征控制模塊、單位延時模塊和逆變模塊，所述的定子電流檢測模塊連接永磁同步電機，所述的滑模變結構觀測器輸入端分別連接定子電流檢測模塊、位置環控制電路和單位延時模塊，滑模變結構觀測器輸出端連接預測控制模塊輸入端，該預測控制模塊輸入端還連接位置環控制電路和單位延時模塊，預測控制模塊輸出端連接特征控制模塊輸入端，該特征控制模塊輸入端還連接位置環控制電路和轉速環控制電路，特征控制模塊輸出端分別連接單位延時模塊輸入端和逆變模塊輸入端，所述的逆變模塊輸出端連接永磁同步電機。

所述的位置環控制電路包括位置傳感器、電角度計算單元、電角度給定單元和位置調節器，所述的位置傳感器檢測永磁同步電機的電角度，并將所述的電角度分別發送至電角度計算單元、位置調節器和特征控制模塊輸入端，所述的位置調節器輸入端還連接電角度給定單元，位置調節器輸出端連接轉速環控制電路，所述的電角度計算單元輸出端分別連接滑模變結構觀測器和預測控制模塊輸入端。

所述的轉速環控制電路包括轉速調節器和定子d、q軸電流計算模塊，所述的轉速調節器輸入端連接位置調節器輸出端和電角度計算單元輸出端，轉速調節器輸入端連接定子d、q軸電流計算模塊，該定子d、q軸電流計算模塊輸入端還連接電角度計算單元輸出端，定子d、q軸電流計算模塊輸出端連接特征控制模塊(4)。

所述的定子電流檢測模塊包括電流傳感器和坐標變換器，所述的電流傳感器連接永磁同步電機并檢測其三相定子電流，所述的坐標變換器輸入端連接電流傳感器，輸出端連接滑模變結構觀測器輸入端。

所述的逆變模塊包括SVPWM調制單元和逆變器，所述的SVPWM調制單元輸入端連接特征控制模塊輸出端，SVPWM調制單元輸出端連接逆變器輸入端，逆變器輸出端連接永磁同步電機。

一種隱極式永磁同步電機直接特征控制系統的控制方法，該方法包括如下步驟：

(1)電流傳感器(13)檢測永磁同步電機(1)t_n-T時刻的三相定子電流為i_a、i_b、i_c，位置傳感器(6)檢測t_n-T時刻轉子旋轉的電角度為θ；