[發明專利]一種永磁同步電動機轉速控制系統及方法

有效

• 申請號: 201810045121.6
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108092567B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 劉旭東;于海生;于金鵬
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P21/13;H02P21/18
• 代理公司: 37221 濟南圣達知識產權代理有限公司
• 代理人: 董雪

本發明公開了一種永磁同步電動機轉速控制系統及方法，包括：電流傳感器模塊與永磁同步電機連接，電流傳感器模塊、Clark坐標變換模塊、Park坐標變換模塊依次連接，Park坐標變換模塊與非線性擾動觀測器和反步控制器分別連接，非線性擾動觀測器與反步控制器連接，反步控制器、Park坐標反變換模塊、電壓空間矢量PWM模塊和逆變器依次連接，逆變器連接永磁同步電機；轉速/位置檢測模塊與非線性擾動觀測器、反步控制器、Park坐標變換模塊、Park坐標反變換模塊分別連接。本發明采用反步控制和非線性擾動觀測器方法替代傳統的PI控制器，并采用轉速?電流單環控制方式替代傳統的轉速環和電流環級聯的控制結構，實現了轉速和電流的快速跟蹤控制。

技術領域

本發明涉及一種永磁同步電動機(PMSM)轉速控制系統及方法，尤其涉及一種基于反步控制和非線性擾動觀測器的具有強跟蹤性和魯棒性且控制參數易調節的PMSM轉速控制系統及控制方法。

背景技術

永磁同步電機(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有效率高、比功率大、可靠性高和便于維護等優點,目前已廣泛應用于數控機床、機器人、電動汽車驅動系統及風力發電等，而且在高鐵、航空航天等領域也具有較好的應用前景。伴隨著現代工業的快速發展，永磁同步電機控制系統的性能要求不斷提高。然而，永磁同步電機是一個復雜的多變量、強耦合的非線性系統，再加上其本身的模型不確定性、外部擾動等，傳統的基于PI的矢量控制方法已無法滿足當前眾多領域對永磁同步電機控制系統的高性能要求。因此，研究永磁同步電機驅動系統的高性能控制策略具有重要意義，業已成為電氣傳動控制系統發展的一個主流方向。近年來，隨著現代控制理論和微機技術的發展，一些新型控制控制方法逐步應用在電機控制系統中。反步控制作為一種遞推控制方法，在永磁同步電機驅動控制系統中，可將復雜的非線性永磁同步電機控制系統分解為若干個子系統，通過引入虛擬控制量和遞推設計，實現電機的跟蹤控制。但反步控制是一類嚴重依賴系統模型的控制方法，在電機存在參數不確定和外部擾動時，容易造成系統性能下降。為了提高電機控制系統的抗擾動性能，研究人員提出了多種自適應反步控制方法，提高了系統的魯棒性，但存在控制器設計復雜、參數調節困難等問題，限制了其在實際電機系統中的應用。

發明內容

為解決現有技術存在的控制器設計復雜、參數調節困難等問題，本發明公開了一種永磁同步電動機轉速控制系統及方法，該方法基于反步控制和非線性觀測器設計永磁同步電動機驅動系統的轉速-電流單環控制器，替代傳統的轉速環和電流環級聯控制，實現轉速快速穩定跟蹤，是一種運用先進算法實現電機轉速控制的新方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明公開了一種永磁同步電動機轉速控制系統，包括：電流傳感器模塊、Clark坐標變換模塊、Park坐標變換模塊、轉速/位置檢測模塊、反步控制器、非線性擾動觀測器、Park坐標反變換模塊、電壓空間矢量PWM模塊和逆變器；

所述電流傳感器模塊與永磁同步電機連接，所述電流傳感器模塊、Clark坐標變換模塊、Park坐標變換模塊依次連接，所述Park坐標變換模塊與非線性擾動觀測器和反步控制器分別連接，所述非線性擾動觀測器與反步控制器連接，所述反步控制器、Park坐標反變換模塊、電壓空間矢量PWM模塊和逆變器依次連接，所述逆變器連接永磁同步電機；

所述轉速/位置檢測模塊與非線性擾動觀測器、反步控制器、Park坐標變換模塊、Park坐標反變換模塊分別連接。

本發明公開了一種永磁同步電動機轉速控制方法，包括以下步驟：

步驟一：測量永磁同步電機的轉速ω和位置θ信息；對永磁同步電機兩相輸出電流進行采樣，通過信號轉換得到實際的兩相輸出電流i_a和i_b；