[發明專利]一種永磁同步電機復矢量電流調節器的PI參數設計方法

在審

• 申請號: 202010041409.3
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111193450A
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 張興;許成俊;楊淑英;洪劍峰;劉善宏
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/22;H02P6/34;H02P25/022
• 代理公司: 合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

本發明提供了一種永磁同步電機復矢量電流調節器的PI參數設計方法，該方法以圖解的形式實現了多目標PI參數設計和d?q軸電流的動態解耦，所述的PI參數為復矢量電流調節器的比例項系數和復矢量電流調節器的積分項系數，本發明通過繪制各種目標條件下復矢量電流調節器的比例項系數和積分項系數的變化曲線，得到理想PI參數穩定域。本發明綜合了復矢量電流調節器和多目標PI參數設計的優點，考慮了數字控制系統的離散特性，具有更好的控制效果，實現了d?q電流的動態解耦，相比于反饋解耦控制，復矢量解耦控制在一定程度上提高了系統的參數魯棒性，可以獲得同時滿足系統期望性能指標和參數變化時的復矢量電流調節器PI參數穩定域。

技術領域

本發明屬于電機驅動控制領域，具體涉及一種永磁同步電機復矢量電流調節器的PI參數設計方法。

技術背景

永磁同步電機(IPMSM)因其效率高、體積小、噪聲低和功率密度高等特點而被廣泛應用于新能源電動汽車、風力發電等高性能交流伺服控制領域。電流環作為控制系統的最內環，其動態和穩態性能直接影響著整個系統的控制性能。基于同步旋轉坐標系比例積分(PI)調節器的矢量控制因結構簡單、調速范圍寬和穩態性能好等優點依然是交流電機領域電流控制的工業標準。因此，為了提高電流環的控制性能，需要選擇合適的PI電流調節器并設計滿足多個系統性能指標的PI參數。

在同步旋轉坐標系下，d-q軸電壓存在耦合，從而導致d-q軸電流存在動態耦合，而且隨著轉速的升高，耦合作用的影響也越來越嚴重。為此，國內外學者提出了多種解耦控制算法以消除耦合項的影響。

文獻1“付炎.永磁電機低載波比無傳感器控制策略研究[D].哈爾濱工業大學，2017.”分別比較了前饋解耦控制和反饋解耦控制，其中前饋解耦控制具有快速的動態響應，但是由于解耦項使用給定參考電流，其解耦性能較差；反饋解耦控制能較好地消除耦合項的影響，但是在系統運行過程中電機參數會發生變化，解耦項會產生誤差，高速情況下誤差更大，因此該方法的參數魯棒性較差。

文獻2“周華偉,溫旭輝,趙峰,張劍.基于內模的永磁同步電機滑模電流解耦控制[J].中國電機工程學報,2012,32(15):91-99+10.”提出了一種新型的內模解耦控制，但是需要在解耦效果和動態性能之間做權衡。

文獻3“吳為,丁信忠,嚴彩忠.基于復矢量的電流環解耦控制方法研究[J].中國電機工程學報,2017,37(14):4184-4191+4298.”提出了一種復矢量解耦控制方法，相比于反饋解耦控制，該方法具有更好的動態解耦效果并在一定程度上提高了系統的參數魯棒性。

同時，PI參數的選擇是實現電流環高性能控制的關鍵因素。經典控制理論中提出了多種分析系統穩定性的方法，包括勞斯判據、根軌跡圖、伯德圖和奈氏判據等。其中勞斯穩定判據利用解析式法只能獲取單個參數的穩定范圍，根軌跡法、伯德圖和奈氏判據采用圖解的方法描述了系統性能指標和參數之間的關系。然而當涉及多個系統性能指標優化和參數不確定性等因素時，工程中往往通過經驗和反復試湊才能得到滿意的結果。

文獻4“Haoyuan Li et al.,Multi-objective visual analysis of PIcurrent regulator for high performance PMSM drives,in 2016IEEE 8thInternational Power Electronics and Motion Control Conference(IPEMC-ECCEAsia),Hefei,pp.1368-1372,2016.”(高性能永磁同步電機驅動PI電流調節器多目標可視化分析)以PMSM為被控對象，使用D分割法在連續域中提出了同時滿足系統時域和頻域性能指標的PI參數設計方法。