[發(fā)明專利]永磁同步電機(jī)高性能控制器的PI參數(shù)整定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610416894.1
• 申請(qǐng)日: 2016-06-07
• 公開（公告）號(hào): CN105897110B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張興;李浩源;李飛;楊淑英;曹朋朋;丁大尉;李曦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P23/14
• 分類號(hào): H02P23/14;H02P25/022
• 代理公司: 合肥和瑞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)34118
• 代理人: 王挺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)控制系統(tǒng)電流環(huán)PI參數(shù)整定方法，特別是涉及時(shí)域和頻域多個(gè)性能指標(biāo)的可視化分析方法，屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

永磁同步電機(jī)(PMSM)具有高功率密度、高效率和低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。電機(jī)控制器(又稱為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))是電動(dòng)汽車的“大腦”，對(duì)于電機(jī)控制器的基本要求有：1)安全可靠，在系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)系統(tǒng)仍然穩(wěn)定運(yùn)行；2)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，滿足車輛快速起動(dòng)、超車等要求；3)弱磁電壓調(diào)節(jié)快，適應(yīng)車輛高速運(yùn)行。電流環(huán)是控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)，電流采樣值通過PI調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)對(duì)給定值的跟蹤。因此提高電機(jī)控制器性能，需要整定出最優(yōu)的PI參數(shù)，滿足多個(gè)性能指標(biāo)要求。

PI參數(shù)的整定方法很多，按照是否通過性能指標(biāo)來整定PI參數(shù)，可以分為兩類：第一類方法為直接整定法，通過工程經(jīng)驗(yàn)或者法則獲得PI參數(shù)，再求解性能指標(biāo)來驗(yàn)證PI參數(shù)的整定效果；第二類方法為間接整定法，先分析系統(tǒng)的性能指標(biāo)，再通過給定指標(biāo)來整定PI參數(shù)。

直接整定法主要有：Ziegler-Nichols法、人工手動(dòng)調(diào)節(jié)法和典型系統(tǒng)整定法。Ziegler-Nichols法在工程中應(yīng)用最為廣泛，其整定過程為：首先要獲取系統(tǒng)的臨界頻率點(diǎn)信息，然后根據(jù)ZN法則得到PI系數(shù)。直接整定法存在以下不足：

1)依賴經(jīng)驗(yàn)值，難以達(dá)到期望的性能指標(biāo)，整定效果較差；

2)無法揭示系統(tǒng)性能指標(biāo)和參數(shù)的變化關(guān)系，參數(shù)的調(diào)試方向未知，需要反復(fù)試湊。

間接整定法從系統(tǒng)性能指標(biāo)出發(fā)來整定PI參數(shù)。文獻(xiàn)“Lidozzi A,Solero L,Crescimbini F,et al.Direct tuning strategy for speed controlled PMSM drives[C]//IEEE International Symposium on Industrial Electronics.2010:1265-1270.”(“速度控制PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的直接調(diào)試策略”，《IEEE工業(yè)電子國際研討會(huì)》，2010年第1265-1270頁)通過給定開環(huán)截止頻率和相位裕度來計(jì)算PI參數(shù)，可以滿足期望的動(dòng)態(tài)性能。該方法通過解析式推導(dǎo)裕度和PI參數(shù)的關(guān)系，運(yùn)算量較大。文獻(xiàn)“Fung H W,Wang Q G,Lee T H.PI Tuning in Terms of Gain and Phase Margins[J].Automatica,1998,34(9):1145-1149”(“一種基于幅值和相位裕度的PI調(diào)節(jié)方法”，《自動(dòng)化》，1998年第59卷第9期1145-1149頁)首次提出采用圖解方法來整定PI參數(shù)，避免了解析式法的大量預(yù)算。文獻(xiàn)“Hamamci S E,Tan N.Design of PI controllers for achieving time and frequency domain specifications simultaneously[J].Isa Transactions,2006,45(4):529-543.”(“同時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)域和頻域性能指標(biāo)的PI控制器設(shè)計(jì)”，《Isa Transactions》，2006年第45卷第4期529-543頁)給出了期望性能指標(biāo)和參數(shù)的圖示關(guān)系，同時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)域和頻域性能指標(biāo)的設(shè)計(jì)。這些方法存在以下不足：

1)忽略或者近似處理數(shù)字化過程中的延時(shí)環(huán)節(jié)，將PMSM驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)近似為線性系統(tǒng)，降低了PI參數(shù)整定的準(zhǔn)確度；

2)針對(duì)PMSM控制器，沒有一個(gè)通用的PI參數(shù)整定方法，可以獲取滿足時(shí)域和頻域多個(gè)性能指標(biāo)的參數(shù)團(tuán)解，無法完成多目標(biāo)優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的需要反復(fù)試湊和整定效果差的問題，提供了一種可以兼顧時(shí)域和頻域多個(gè)性能指標(biāo)的可視化分析方法，得到滿足期望指標(biāo)的全部解，并且指明性能改進(jìn)的方向，考慮數(shù)字化過程中延時(shí)的影響，提高PI參數(shù)的整定精度。

為解決本發(fā)明的技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案為：

1、一種永磁同步電機(jī)高性能控制器的PI參數(shù)整定方法，以圖解的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性指標(biāo)的分析和PI參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化，所述的PI參數(shù)包括PI調(diào)節(jié)器比例項(xiàng)系數(shù)K_p和PI調(diào)節(jié)器積分項(xiàng)系數(shù)，其特征在于，包括以下步驟：