[發(fā)明專利]基于離散擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的永磁同步電機(jī)電流環(huán)控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010898412.7
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112019121B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊淑英;王奇帥;謝震;馬銘遙;張興
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02P21/22
• 分類號: H02P21/22;H02P21/13
• 代理公司: 合肥和瑞知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 王挺

1.一種基于離散擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的永磁同步電機(jī)電流環(huán)控制方法，其特征在于，包括下述步驟：

步驟1，采集永磁同步電機(jī)的定子A相電流i_a、定子B相電流i_b、定子C相電流i_c，再經(jīng)過坐標(biāo)變換得到永磁同步電機(jī)在旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的定子電流dq分量i_d，i_q；采集永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電角速度ω_e和轉(zhuǎn)子電角度θ_e；

步驟2，記為d軸估計(jì)電流、為q軸估計(jì)電流、為d軸估計(jì)擾動(dòng)、為q軸估計(jì)擾動(dòng)、為d軸超前一拍估計(jì)電流、為q軸超前一拍估計(jì)電流、為d軸超前一拍估計(jì)擾動(dòng)、為q軸超前一拍估計(jì)擾動(dòng)、為電流控制器d軸延遲一拍輸出電壓、為電流控制器q軸延遲一拍輸出電壓，設(shè)計(jì)離散擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，離散擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的表達(dá)式如下：

其中，

L₁為誤差增益矩陣1，L₁＝(1-α₁)F+I；

L₂為誤差增益矩陣2，L₂＝-α₁F+I；

I為單位矩陣，

O為零矩陣，

α₁為離散擴(kuò)張狀態(tài)觀測器極點(diǎn)配置系數(shù)，α₁取值滿足限制：0≤α₁≤1；

F表示永磁同步電機(jī)在旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的離散域數(shù)學(xué)模型的系數(shù)矩陣，記為系數(shù)矩陣F；

G表示永磁同步電機(jī)在旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的離散域數(shù)學(xué)模型的輸入矩陣，記為輸入矩陣G；

步驟3，記i_d，ref為d軸參考電流、i_q，ref為q軸參考電流，計(jì)算電流控制器d軸輸出電壓和電流控制器q軸輸出電壓

其中，

K_p為比例系數(shù)矩陣，K_p＝G^-1(β₁β₂-β₁-β₂+1)；

M為電流反饋系數(shù)矩陣，M＝(β₁+β₂-1)G^-1；

K_f為估計(jì)電流反饋系數(shù)矩陣，K_f＝G^-1[F-(β₁+β₂)I]；

β₁為控制系統(tǒng)期望的閉環(huán)極點(diǎn)一，β₂為控制系統(tǒng)期望的閉環(huán)極點(diǎn)二，β₁，β₂的取值滿足限制：0≤β₁＜1，0≤β₂＜1；

步驟4，將步驟3中得到的電流控制器d軸輸出電壓和電流控制器q軸輸出電壓經(jīng)過坐標(biāo)變換并補(bǔ)償數(shù)字控制一拍延遲造成的角度滯后得到靜止αβ坐標(biāo)系下的α軸輸出電壓u_α，ref和β軸輸出電壓u_β，ref，其表達(dá)式為：

其中，T_s為采樣周期；

步驟5，將步驟4獲得的α軸輸出電壓u_α，ref和β軸輸出電壓u_β，ref輸入SVPWM模塊進(jìn)行空間矢量脈寬調(diào)制，輸出PWM波至逆變器模塊；

步驟2所述系數(shù)矩陣F和輸入矩陣G的計(jì)算如下：

(1)系數(shù)矩陣F的表達(dá)式如下：

其中，L_d為定子直軸電感，L_q為定子交軸電感，Φ₁₁為系數(shù)矩陣F中的變量1，Φ₁₂為系數(shù)矩陣F中的變量2，Φ₂₁為系數(shù)矩陣F中的變量3，Φ₂₁＝-Φ₁₂，Φ₂₂為系數(shù)矩陣F中的變量4；

在上述3個(gè)公式中，為指數(shù)函數(shù)運(yùn)算，sinh()，cosh()為雙曲函數(shù)運(yùn)算，R_s為定子電阻；

(2)輸入矩陣G的表達(dá)式如下：

其中，γ₁₁為輸入矩陣G中的變量1，γ₁₂為輸入矩陣G中的變量2，γ₂₁為輸入矩陣G中的變量3，γ₂₂為輸入矩陣G中的變量4，其表達(dá)式分別如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于離散擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的永磁同步電機(jī)電流環(huán)控制方法，其特征在于，步驟1所述永磁同步電機(jī)在旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的定子電流dq分量i_d，i_q的獲取方式如下：

步驟1.1，采集永磁同步電機(jī)的定子A相電流i_a、定子B相電流i_b、定子C相電流i_c；

步驟1.2，對步驟1.1采集得到的永磁同步電機(jī)定子A相電流i_a、定子B相電流i_b、定子C相電流i_c進(jìn)行三相靜止坐標(biāo)系到兩相靜止坐標(biāo)系的變換得到永磁同步電機(jī)在兩相靜止αβ坐標(biāo)系下的定子電流αβ分量i_α，i_β：

步驟1.3，將步驟1.2得到的永磁同步電機(jī)在兩相靜止αβ坐標(biāo)系下的定子電流αβ分量i_α，i_β進(jìn)行兩相靜止坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的變換得到永磁同步電機(jī)在旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的定子電流dq分量i_d，i_q：