[發明專利]一種永磁同步電機的變PID參數電流環啟動方法

有效

• 申請號: 201610926049.9
• 申請日: 2016-10-24
• 公開（公告）號: CN107046387B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 黃允凱;許歡;夏天琦;徐菲菲;祝子沖
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02P21/18
• 分類號: H02P21/18;H02P21/22;H02P25/03;H02P27/08
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 楊曉玲

1.一種永磁同步電機的變PID參數電流環啟動方法，其特征在于，該方法通過位置估算器、電流環控制參數整定模塊、電流PID控制環、SVPWM調制模塊和三相逆變器生成永磁同步電機驅動信號，控制永磁同步電機啟動；該方法包括以下步驟：

(1)永磁同步電機啟動前，使電機轉子N極與三相定子坐標系ABC中的A軸重合；定義α-β坐標系的α軸和三相定子坐標系ABC坐標系的A軸重合，β軸逆時針超前α軸90度電角度；d-q坐標系的d軸與永磁體轉子的N極重合，q軸逆時針超前d軸90度電角度；定義d-q坐標系的d軸與三相定子坐標系ABC的A軸夾角為轉子位置角；

(2)采集時刻t時永磁同步電機三相繞組上的電流i_a，i_b，i_c，通過Clark變換將i_a，i_b，i_c轉換為α-β坐標系的α軸分量i_α和β軸分量i_β；再通過Park變換將i_α和i_β轉換為d-q坐標系的d軸分量I_d和q軸分量I_q；其中，I_d為電機定子勵磁分量電流，I_q為電機定子轉矩分量電流；I_d和I_q的表達式為：

給定電機定子勵磁分量電流的控制期望值為電機定子轉矩分量電流的控制期望值為計算與I_d的差值以及與I_q的差值為：

(3)構建啟動過程中給定的轉子位置角角度函數：θ＝f(t)，f(t)為關于時間t的單調遞增函數；永磁同步電機啟動后，位置估算器實時估算t時刻的轉子位置角θ′；將θ′與t時刻的轉子位置角角度函數給出的角度值θ求差，得到角度誤差值Δθ，Δθ＝θ-θ′：

(4)構建電流PID控制環的PID控制模型為：

其中，x為PID控制模型的輸入變量，u_max為電流環輸出最大限幅值，u(t)為PID控制模型的輸出變量，K_p為比例控制參數，K_i為積分控制參數，K_d為微分控制參數，Δθ為位置估算器估算的t時刻的轉子位置角θ′與轉子位置角角度函數給出的t時刻給定位置角θ之間的誤差值，即Δθ＝θ-θ′；Δθ_min、x_max、x_min均為預先設定的閾值；

K_p、K_i、K_d均由電流環控制參數整定模塊根據Δθ、ΔI_d和ΔI_q更新，其更新的步驟為：

S1：構建控制參數更新模型為：

其中，i表示更新的次數，λ₁為根據Δθ對控制參數進行整體整定的系數，λ₂為比例參數整定系數，λ₃為積分參數整定系數，λ₄為微分參數整定系數，其中，λ₁≥0，λ₂≥0，λ₃≥0，λ₄≥0；

S2：令x＝ΔI_d，根據控制參數更新模型計算出對應的K_p、K_i、K_d；將Δθ、x＝ΔI_d以及計算出的K_p、K_i、K_d帶入PID控制模型，得到ΔI_d對應的PID控制電壓U_d；

S3：令x＝ΔI_q，根據控制參數更新模型計算出對應的K_p、K_i、K_d；將Δθ、x＝ΔI_q以及計算出的K_p、K_i、K_d帶入PID控制模型，得到ΔI_q對應的PID控制電壓U_q；

(4)通過Park逆變換將U_d和U_q從d-q坐標系上變換到兩相定子靜止坐標系上，形成兩相電壓信號U_α、U_β發送給SVPWM調制模塊和位置估算器，Park逆變換的表達式為：

SVPWM調制模塊根據U_α、U_β通過空間矢量調制計算出六路PWM調制波，控制三相逆變器在直流母線電壓U_dc的作用下輸出三相對稱交流正弦電壓，驅動永磁同步電機啟動。