[發明專利]一種帶負載狀態觀測器的永磁同步電機控制系統

在審

• 申請號: 201710088552.6
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN107070342A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 金寧治;邢楨林
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H02P21/13
• 分類號: H02P21/13;H02P21/05;H02P21/16;H02P21/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種帶負載狀態觀測器的永磁同步電機控制系統。

背景技術

永磁同步電機最初出現在上個世紀50年代，在上個世紀80年代，由于新型的稀土永磁材料研制取得突破性地發展，使得永磁同步電機的功能出現了質的提升，因而得以在很多領域迅速地得到推廣；永磁同步電機傳統的控制方法為以矢量控制為基礎的速度、電流雙閉環控制技術，矢量控制技術通過坐標變換實現對電機磁鏈和轉矩的解耦，可以在保持磁場定向的情況下模仿直流電機的轉矩控制，因而使得交流電機的動態性能夠與直流電機相媲美。

電機運行過程中，如果負載產生擾動或者發生突變，在典型的雙閉環控制系統中該擾動會立即對電機的轉速產生影響，影響系統的穩態性能；當負載經常發生變化或者擾動轉矩持續存在而不對原來的控制系統進行任何調整時，整個系統的穩定性和魯棒性都會受到很大影響。

發明內容

本發明為彌補傳統控制系統的不足提出一種帶負載狀態觀測器的永磁同步電機控制系統。

上述目的通過以下的技術方案實現。

一種帶負載狀態觀測器的永磁同步電機控制系統，以矢量控制為基礎，結合速度、電流雙閉環控制，加入負載狀態觀測器，系統結構如圖1所示；所述負載狀態觀測器包括負載轉矩觀測器和轉動慣量辨識模塊；負載轉矩的觀測值用于電流控制的前饋補償，提高控制器的響應速度和魯棒性；轉動慣量的辨識結果用于調整系統速度環比例和積分增益，從而得到優化的速度環響應性能，實現調節器參數的自整定。

所述矢量控制以磁場定向控制和坐標變換為核心，在d-q坐標下建立永磁同步電機描述方程，實現了轉矩電流和勵磁電流的解耦；所述速度、電流雙閉環采用PI調節算法對給定值和實際值的差值進行調節；所述負載轉矩觀測器采用開環負載觀測器，以電機轉速和q軸電流作為輸入，輸出為負載轉矩的觀測值；所述轉動慣量辨識模塊采用模型參考自適應算法，以電機轉速和q軸電流作為輸入，輸出為轉動慣量的辨識值。

附圖說明

附圖1是本發明的系統結構圖；

附圖2是本發明負載轉矩觀測器；

附圖3是本發明離散化的負載轉矩觀測器；

附圖4是本發明模型參考自適應系統框圖；

附圖5是本發明離散化的轉動慣量辨識算法；

附圖6、7是本發明控制效果圖；

圖中，1、負載狀態觀測器。

具體實施方式

為能詳細說明本方案的技術特點，下面通過具體實施方式并結合附圖，對本發明進行詳細闡述。

所述一種帶負載狀態觀測器的永磁同步電機控制系統，以矢量控制技術為基礎；所述矢量控制技術的核心是磁場定向控制和坐標變換，通過轉子磁鏈定向，將電流矢量通過坐標變換解耦成互相垂直而彼此獨立的交直軸電流分量，實現轉矩和勵磁的解耦。

對永磁同步電機的三相電流進行坐標變換，得到d軸和q軸下的電流i_d和i_q；則永磁同步電機在d-q同步旋轉坐標系中的定子電壓方程為

式中：u_d、u_q分別為d、q軸定子電壓； i_d、i_q分別為d、q軸定子電流； L_d、L_q分別為d、q軸定子電感；R_s為定子相電阻；為轉子永磁體磁鏈；為電角速度。

電磁轉矩方程為

運動方程為

式中：T_e為電磁轉矩；T_L為負載轉矩；p為極對數；J為轉動慣量；B_m為摩擦系數；為轉子機械角速度，ω_e= p*。

從永磁同步電機在d-q坐標下數學模型了以看出，通過控制直、交軸電流id、iq可以實現對電機電磁轉矩的控制，使用i_d=0的控制策略，則電磁轉矩為

通過上式即可控制電機的轉矩輸出，結合速度、電流雙閉環來控制電機的運行。