[發明專利]一種高帶寬電流環數字化控制方法及系統

在審

• 申請號: 202010399107.3
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN111555688A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 王朝慶;袁寶山;周晶;莊永河;楊揚
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十三研究所
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/14
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 苗娟

本發明的一種高帶寬電流環數字化控制方法及系統，可解決現有的電流環控制技術動態響應慢、穩定性差的技術問題。包括通過模數轉換器對電機的三相電流進行快速采樣，同時對采集的電流進行補償；對采樣的三相電流通過坐標變化，將靜止的三相坐標系下的電流變換為靜止的兩相坐標電流信號；將兩相靜止坐標系下的電流信號變換為旋轉正交坐標系(d、q)下的電流信號；計算并確定電機相關參數；基于電機相關參數對控制算法進行設計；將計算出的電壓值從正交旋轉坐標系下變換至兩相靜止的坐標系下；扇區計算及標幺化；驅動管子的導通時間計算。本發明綜合考慮電機的模型，在控制律中引入電機的關鍵參數及前饋補償，顯著提高了電流環的響應速度。

技術領域

本發明涉及機電技術領域，具體涉及一種高帶寬電流環數字化控制方法及系統。

背景技術

電機的電流環控制在伺服閉環控制中起著非常重要的作用，控制律設計的好壞決定了對電機的控制效果，電流環相對速度環和位置環來說，控制的好壞更能體現被控對象的品質，因此在控制律設計的過程中，充分考慮電機的特性及環路的控制方式及控制目標，找到影響控制設計的因素，如電機的電阻、電感、控制頻率、反電動勢常數等。

現有的電流環控制技術存在的缺陷有：(1)現有的基于模型的算法太復雜，耗資源，動態響應慢、穩定性差；(2)傳統的PID算法未能利用被控對象信息，導致準確性和快速性較差。

發明內容

本發明提出的一種高帶寬電流環數字化控制方法及系統，可解決現有的電流環控制技術動態響應慢、穩定性差的技術問題。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種高帶寬電流環數字化控制方法，包括：

步驟1)采集電機三相電流：通過模數轉換器對電機的三相電流進行快速采樣，同時對采集的電流進行補償；

步驟2)Clark變換：對采樣的三相電流通過坐標變化，將靜止的三相坐標系下的電流變換為靜止的兩相坐標電流信號；

步驟3)PARK變換：進一步將兩相靜止坐標系下的電流信號變換為旋轉正交坐標系(d、q)下的電流信號，實現勵磁和控制的解耦；

步驟4)計算電機相關參數；

步驟5)模型算法的設計：針對電機當前的模型的參數對控制算法進行設計，該算法除了考慮電機電流控制的精度外，另外還考慮動態響應特性；

步驟6)PARK反變換：將計算出的電壓值從正交旋轉坐標系下變換至兩相靜止的坐標系下；

步驟7)扇區計算及標幺化；

步驟8)驅動管子的導通時間計算；

進一步的，所述步驟4)電機的相關參數包括：確定電機轉子機械速度θ_spd、電感L、磁鏈電阻R、控制頻率f、極對數P、反電動勢常數k_v及直流母線電壓U；其中：

其中θ_elec為電機轉子的電速度。

進一步的，所述步驟5)具體計算原理如下：

反饋控制率模型補償項的計算：

其中iq_fdb、θ_spd、id_fdb分別為q軸電流分量、轉子的電角速度及d軸電流分量。

前饋控制補償項計算：

u₂＝L×f×0.666，

及反饋誤差控制項計算：