[發明專利]一種電機模擬器的非線性電流模擬及魯棒控制方法

有效

• 申請號: 202010862706.4
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN111948947B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 王大方;李琪;金毅;簡方恒;謝昊;郝景陽;許彭斌;杜慶;郭鵬;艾文卓;林建華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）;威海天達汽車科技有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 威海聚睿知識產權代理事務所(普通合伙) 37352
• 代理人: 宋立國

一種電機模擬器的非線性電流模擬及魯棒控制的方法，a、將經傳感器采集獲得的被測電機控制器的三相電壓進行坐標變換得到dq軸電壓，建立電機模型狀態方程；b、求取前饋控制環節的前饋電壓U_f；c、求取電機模擬器的狀態反饋輸出電壓U_LQR＝K·i_err；d、求取擾動觀測器輸出電壓e、求取電機模擬器最終目標輸出電壓通過電壓調制策略對功率放大單元的高頻開關實現對電機模擬器非線性電流的模擬和控制。本發明具有實際電機模擬器中耦合網絡參數發生攝動和電機轉速變化時，仍然能夠保證電機模擬器的穩定性和魯棒動、靜態性能的有益效果。

技術領域

本發明涉及用于電機控制器測試的電機模擬器的電流模擬及控制方法，詳細講是一種當實際電機模擬器中耦合網絡參數發生攝動和電機轉速變化時，仍然能夠保證電機模擬器的穩定性和魯棒動、靜態性能的電機模擬器的非線性電流模擬及魯棒控制方法。

背景技術

電機模擬器系統正廣泛應用于電力系統和工業生產測試的各個領域，如電網測試、軌道交通電驅系統測試以及面向新能源汽車電機控制器的測試等。電機模擬器系統通常包含傳感器系統、耦合網絡、功率放大單元、和電流模擬及控制器，電流模擬及控制器運行于高速FPGA處理器內，其包括電機模型、電流控制算法和電壓調制策略三部分，傳感器系統通常存在參數漂移和噪聲，功率放大系統的器件通常存在由于器件壓降和開關死區造成的非線性特性引起的外界擾動，耦合電感網絡通常存在電感值參數的散差和漂移，這就會導致電流模擬及控制器的電流控制算法電流跟蹤效果惡化。

為了保證電流模擬及控制器電流跟蹤效果，通常電流控制算法需要采用閉環控制跟蹤的方法，現有電機模擬器內部電流閉環控制算法大多為基于PI控制器負反饋算法，即分別對dq軸電流或UVW三相電流進行閉環控制，本質上為通過經典控制理論實現對電機模擬器系統穩態誤差的消除和動態性能的分析，該方法不基于實際物理系統的模型和參數，因此無法實現動態性能的最優，且其僅依靠工程師現場對PI參數的調整和測試實現系統控制性能的達標，對工程人員本身現場經驗要求較高，此外，當電機轉速變化和耦合網絡參數攝動時無法保證系統動、靜態性能的統一。現有電流模擬及控制算法的評估和驗證大多基于時域電流跟蹤性能，而未從頻域對電機模型帶寬指標進行動態分析，從而導致無法得到不同電機轉速變化和耦合網路參數攝動時電流控制算法的量化設計目標。

發明內容

本發明的目的是解決上述現有技術的不足，提供一種當電機模擬器中耦合網絡參數發生攝動和電機轉速變化時，仍然能夠保證系統的穩定性和魯棒動、靜態性能，實現動態性能的最優和降低現場工程師的調試工作量的電機模擬器的非線性電流模擬及魯棒控制方法。

本發明解決上述現有技術的不足所采用的技術方案是：

一種電機模擬器的非線性電流模擬及魯棒控制的方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟a、將經傳感器采集獲得的被測電機控制器的三相電壓進行坐標變換得到dq軸電壓，根據電機模型狀態方程：將dq軸電流i_m作為電機模型狀態方程的狀態量和輸出量，dq軸電壓U_m作為電機模型狀態方程的輸入，根據公式：將電機磁鏈引起的反電勢與q軸電感的比值ξ_m作為電機模型狀態方程的非線性擾動輸入；電機模型的定子電阻、dq軸電感以及電頻率轉速作為電機模型狀態方程參數；

步驟b、根據前饋控制環節的電壓計算公式：計算得到電機模擬器的前饋電壓U_f；

步驟c、采用LQR最優控制算法，基于公式

計算出多輸入多輸出的電機模擬器的狀態反饋矩陣K，電機模擬器的狀態偏差與狀態反饋矩陣K相乘得到電機模擬器的狀態反饋輸出電壓，U_LQR＝K·i_err；

步驟d、采用計算公式為：