[發明專利]一種用于帶LCL輸出濾波器的永磁電機雙環電流控制方法

有效

• 申請號: 202010947136.9
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112187119B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 黃允凱;姚宇;彭飛
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02P6/28
• 分類號: H02P6/28;H02P23/28;H02P27/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

本發明公開了一種用于帶LCL輸出濾波器的永磁電機雙環電流控制方法，包括電容電壓控制內環和電機電流控制外環。其中，電容電壓內環設計為無差拍控制，并且其控制頻率設定為外環控制器的兩倍。電容電壓內環控制器包括前饋補償、反饋控制及狀態反饋矩陣，前饋補償的作用使得電容電壓內環控制的動態響應達到無差拍效果；反饋控制以消除參數攝動帶來的穩態誤差；狀態反饋矩陣為系統提供阻尼，削弱LC振蕩。本發明解決了帶LCL輸出濾波器的永磁電機驅動中電流控制器結構復雜、設計難度大等問題，且傳統的電機電流控制算法均可用于該方法中的外環電流控制，只需要設計降階的電容電壓內環控制器，較大程度上減少了帶LCL輸出濾波的永磁電機電流控制器設計難度。

技術領域

本發明涉及一種用于帶LCL輸出濾波器的永磁電機雙環電流控制方法，屬于永磁電機控制技術領域。

背景技術

在傳統的永磁同步電機驅動中，通常將電機與基于脈沖寬度調制(Pulse WidthModulation，PWM)的逆變器直接相連，而對于電感相對較小的永磁電機，逆變器的開關斬波動作會造成較大的諧波電流，導致電機驅動效率下降、發熱嚴重。

為了解決上述問題，引入LCL輸出濾波器，負責連接于電機和逆變器，可將諧波電流濾除，增加電機電流的正弦度。但是引入LCL輸出濾波器會使得系統階數升高，出現不穩定諧振，使得傳統的電流控制器難以適用，因此大大增加了帶LCL輸出濾波器的永磁電機電流控制的難度。如何實現簡便且有效的電流控制是目前研究中的重點內容。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種用于帶LCL輸出濾波器的永磁電機雙環電流控制方法，解決了現有帶LCL輸出濾波器的永磁電機電流控制中存在的問題，實現了簡便有效的電機電流控制，較大地提高了電機系統的控制性能。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種用于帶LCL輸出濾波器的永磁電機雙環電流控制方法，所述雙環電流控制方法包括電容電壓內環控制和電機電流外環控制，且電容電壓內環控制的控制頻率為電機電流外環控制的控制頻率的兩倍；

所述電容電壓內環控制包括前饋補償、反饋控制和狀態反饋矩陣，其中前饋補償的輸入為電容電壓給定值和電機電流反饋值，反饋控制的輸入為電容電壓給定值和電容電壓反饋值，狀態反饋矩陣的輸入為電容電壓反饋值和逆變器輸出電流，前饋補償的輸出為逆變器調制電壓的第一部分，反饋控制的輸出為逆變器調制電壓的第二部分，狀態反饋矩陣的輸出為逆變器調制電壓的第三部分，逆變器調制電壓的第一、第二和第三部分之和為電容電壓內環控制的輸出；

所述反饋控制的控制器表示如下：

其中，k表示時刻；為反饋控制器輸出電壓；Q為收斂矩陣；s(k)為滑模面函數；ρ為符號函數的增益，ρ為正常數；sgn為符號函數；i_1dq為逆變器輸出電流；u_cdq為電容電壓；x_r為電機電流誤差的積分；i_2ref為電機電流給定值；G₄₁、G₄₂、G₄₃、G₄₄、s_r均為系數矩陣；

電機電流外環控制的輸入為電機電流給定值和電機電流反饋值，輸出為電容電壓給定值。

作為本發明的一種優選方案，所述電機電流外環控制采用永磁電機電流控制器，永磁電機電流控制器包括比例積分控制器、狀態反饋控制器、滑模控制器或自適應控制器。

作為本發明的一種優選方案，所述電容電壓內環控制為無差拍控制，其閉環傳遞函數為z^-2，z為離散域運算符。

本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果：