[發(fā)明專利]一種混合勵(lì)磁同步電機(jī)非線性逆推跟蹤控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711181531.5
• 申請(qǐng)日: 2017-11-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107947669B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙紀(jì)龍;景夢(mèng)蝶;全小偉;孫向東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P21/22
• 分類號(hào): H02P21/22
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 李娜

1.一種混合勵(lì)磁同步電機(jī)非線性逆推跟蹤控制方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1、從電機(jī)主電路分別采集如下信號(hào)：相電流i_a、i_b和勵(lì)磁電流i_f、直流母線電壓U_dc和勵(lì)磁電壓U_f，將采集到的相電流i_a、i_b和勵(lì)磁電流i_f、直流母線電壓U_dc和勵(lì)磁電壓U_f經(jīng)電壓跟隨、濾波、偏置及過(guò)壓保護(hù)后送入控制器處理，對(duì)電機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確初始位置檢測(cè)，從電機(jī)編碼器上采集轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角，送入控制器計(jì)算得出角速度ω_r和轉(zhuǎn)子位置角θ；

步驟2、對(duì)步驟1得到的相電流i_a、i_b進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，隨后再經(jīng)帕克變換得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的定子直軸電流i_d和交軸電流i_q；

步驟3、將給定角速度ω_rref與步驟1得到的角速度ω_r比較，得到角速度偏差e_ω，將角速度偏差e_ω、角速度ω_r和直流母線電壓U_dc分別輸入速度逆推跟蹤控制器，判斷混合勵(lì)磁同步電機(jī)運(yùn)行區(qū)域：當(dāng)角速度ω_r小于弱磁基速時(shí)，混合勵(lì)磁同步電機(jī)運(yùn)行于低速區(qū)；當(dāng)角速度ω_r大于弱磁基速時(shí)，混合勵(lì)磁同步電機(jī)運(yùn)行于高速區(qū)；

步驟4、根據(jù)步驟3中混合勵(lì)磁同步電機(jī)運(yùn)行區(qū)域進(jìn)行選擇執(zhí)行，當(dāng)混合勵(lì)磁同步電機(jī)運(yùn)行于低速區(qū)時(shí)，只需執(zhí)行步驟a；當(dāng)混合勵(lì)磁同步電機(jī)運(yùn)行于高速區(qū)，只需執(zhí)行步驟b；

步驟a.混合勵(lì)磁同步電機(jī)運(yùn)行于低速區(qū)，基于非線性逆推跟蹤控制原理，計(jì)算d軸電流參考值i_dref、q軸電流參考值i_qref和勵(lì)磁電流參考值i_fref；

步驟b.混合勵(lì)磁同步電機(jī)運(yùn)行于高速區(qū)，基于非線性逆推跟蹤控制原理，計(jì)算d軸電流參考值i_dref、q軸電流參考值i_qref和勵(lì)磁電流參考值i_fref；

所述混合勵(lì)磁同步電機(jī)運(yùn)行于低速區(qū)，d軸電流參考值i_dref、q軸電流參考值i_qref和勵(lì)磁電流參考值i_fref的具體計(jì)算方法如下：

混合勵(lì)磁同步電機(jī)在dq參考坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型為：

狀態(tài)空間方程：

電壓極限方程：

式(1)、式(2)中，i_d、i_q分別為d軸與q軸電流，i_f為勵(lì)磁繞組電流，L_d、L_q分別為d軸與q軸電感，L_f為勵(lì)磁繞組自感，M_f為電樞與勵(lì)磁繞組之間的互感；ψ_m為永磁體磁鏈，u_d、u_q分別為d軸與q軸的電壓，u_f為勵(lì)磁繞組電壓，R為電樞繞組電阻，R_f為勵(lì)磁繞組電阻，ω_r為機(jī)械角速度；p為電機(jī)極對(duì)數(shù)，B為摩擦系數(shù)，J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，T_L為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，ω_e為電角速度，u_dc為直流母線電壓；

對(duì)于混合勵(lì)磁同步電機(jī)系統(tǒng)，控制目標(biāo)是電機(jī)轉(zhuǎn)速，定義轉(zhuǎn)速跟蹤誤差e_ω為：

e_ω＝ω_rref-ω_r (3)

選擇e_ω為狀態(tài)變量，構(gòu)成系統(tǒng)1；為了使得轉(zhuǎn)速跟蹤誤差趨于零，構(gòu)造Lyapunov函數(shù)為：

對(duì)式(4)求導(dǎo)得：

根據(jù)Barbalat推論，要使系統(tǒng)1穩(wěn)定，要求dV₁/dt0，因此，令

式(6)中，k_ω為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系數(shù)；

低速區(qū)采用i_d＝0的控制策略，電機(jī)運(yùn)行在輕載或額定負(fù)載及以下時(shí)，電機(jī)輸出的電磁轉(zhuǎn)矩大于等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，能夠滿足負(fù)載運(yùn)行要求，即有：

式(7)中，i_qN為q軸電流的額定值；

由式(7)可知，負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于額定轉(zhuǎn)矩，電機(jī)運(yùn)行在永磁勵(lì)磁狀態(tài)，無(wú)需增磁控制，勵(lì)磁電流i_f＝0，得到如下參考電流：

式(8)中，i_dref、i_qref分別為d軸與q軸電流的參考值，i_fref為勵(lì)磁電流的參考值；

電機(jī)運(yùn)行在起動(dòng)或重載狀態(tài)時(shí)，電樞電流和永磁體作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，不能滿足負(fù)載運(yùn)行要求，即有：

由(9)知，定子q軸電流已達(dá)到額定電流i_qN，仍然不能滿足負(fù)載運(yùn)行要求，所以利用勵(lì)磁電流i_f進(jìn)行增磁控制，電機(jī)運(yùn)行在增磁狀態(tài)，計(jì)算得到如下參考電流：

步驟5、利用步驟4得到的d軸電流參考值i_dref、q軸電流參考值i_qref和勵(lì)磁電流參考值i_fref、步驟2得到的定子直軸電流i_d和交軸電流i_q以及步驟1中勵(lì)磁電流i_f、角速度ω_r，計(jì)算d軸電壓參考值u_dref、q軸電壓參考值u_qref和勵(lì)磁電壓參考值u_fref；

步驟6、將步驟5得到的d軸電壓參考值u_dref和q軸電壓參考值u_qref進(jìn)行旋轉(zhuǎn)正交-靜止兩相變換后得到靜止兩相坐標(biāo)系下的α軸電壓u_α和β軸u_β，將α軸電壓u_α和β軸電壓u_β送入SVPWM模塊后輸出6路PWM信號(hào)，6路PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)主功率變換器；同時(shí)將步驟3得到的速度跟蹤誤差e_ω和步驟5得到的勵(lì)磁電壓參考值u_fref分別送入PWM模塊后輸出4路PWM信號(hào)，4路PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)勵(lì)磁功率變換器。