[發明專利]一種前置濾波器永磁同步電機電流環PI參數整定方法

有效

• 申請號: 202111523479.3
• 申請日: 2021-12-14
• 公開（公告）號: CN114142781B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 許家群;陳騰宇
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H02P21/00
• 分類號: H02P21/00;H02P21/14;H02P21/22;H02P25/022;H02P27/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種前置濾波器永磁同步電機電流環PI參數整定方法屬于電機控制領域。該方法包括：建立逆變器側電流采樣電機系統的數學模型；分析PI參數對系統穩定性的影響并繪制滿足頻域指標相位裕度和幅值裕度要求的PI參數穩定域；分析穩定域內PI參數對系統動態性能及穩態性能的影響；分析穩定域內PI參數對系統閉環帶寬的影響；分析穩定域內PI參數對系統諧振峰值的影響；確定優化目標，通過遺傳算法對多個優化目標進行Pareto尋優，確定PI控制器參數。本發明考慮了頻域和時域下系統的多項指標，并通過算法對多項指標進行優化權衡，同時兼顧了系統的穩定性、動態性能以及對信號的跟蹤響應能力。

技術領域

本發明涉及一種基于前置LC濾波器永磁同步電機逆變器側電流反饋控制系統的電流環PI參數整定方法，屬于電機控制領域。

背景技術

為濾除高頻電流諧波實現減振降噪，需要在永磁同步電機(Permanent?MagnetSynchronous?Machine，PMSM)和逆變器之間加入LC濾波器。但在此類前置LC濾波器PMSM系統中設計電流環比例積分(Proportional?Integral，PI)控制器的工作并不常見。由于電流環PI控制器直接決定電流的跟蹤性能，對PMSM系統的控制性能起著十分重要的作用，因此，研究針對此類系統的電流環PI參數整定方法極具工程價值。

傳統方法中，最早提出的Ziegler-Nichols方法在控制系統中得到廣泛應用，該方法不需要識別系統參數，通過尋找穩定極限來確定PI增益，但由于沒有考慮任何的性能指標，導致系統性能差；零極點相消法通過調整控制器使電機傳遞函數的極點與控制器的零點相抵消，以滿足所需的閉環性能；文獻“基于最優開環截止頻率學習的永磁伺服系統PI控制器參數整定方法”(見《電工技術學報》，2017)則在零極點相消的基礎上，根據系統的頻域模型，研究開環截止頻率和相位裕度與PI控制器參數的關系，但由于受開環截止頻率和相位裕度界定范圍影響，電流環PI參數可在較大范圍內取值，需反復計算多次比對才能確定合適的值；

近年來，很多學者對傳統的參數整定方法進行了改進。文獻“永磁同步電動機調速系統PI控制器參數整定方法”(見《電工技術學報》，2014)從合成矢量的角度出發，提出了一種同步旋轉坐標系下無需電感參數的電流解耦調節器，實現了無電感參數解耦控制，改善了系統的動態性能；文獻“永磁同步電機電流增量預測算法參數設計及性能分析”(見《電機與控制學報》，2013)在理論的基礎上，通過結合預測控制和PI控制器的優點，提出改進PI調節器的設計規則，消除一拍滯后提高系統穩定性的同時，拓展了電流環帶寬。文獻“永磁同步電機閉環控制系統數字PI參數整定”(見《電機與控制學報》，2018)改進了常用的連續域內整定PI參數的過程，通過離散化設計方法使系統具有良好的穩態和動態性能；文獻“Multi-Objective?Controller?Design?of?IPMSM?Drives?Based?on?DTD?D-PartitionMethod?Considering?Parameters?Uncertainties”(見《IEEE?Transactions?on?EnergyConversion》，2019)雖然提出了基于頻域和時域多項指標的多目標優化方法，但在約束范圍內任意取值PI參數，不能保證性能最優。

文獻“帶LC濾波器的永磁同步電機控制系統及策略研究”(見《電工技術學報》，2019)提出在逆變器與PMSM之間引入的LC濾波器增加了電容支路，該LC濾波器與PMSM定子繞組構成了LCL等效電路傳統的PMSM控制系統電流采樣電路設置在逆變器側，而由于諧振峰的存在，除了保證系統的穩定性外，還需關注逆變器側反饋電流中存在的高頻諧波。

發明內容

本發明的目的是針對現有方法中反復試湊和整定效果差的問題，提供了一種可以兼顧系統穩定性、動態性能指標、穩態性能指標、系統帶寬和諧振峰值的多目標優化方法，得到滿足期望的電流環PI參數，簡化系統步驟的基礎上權衡提高系統各項性能。其特征在于，包括以下步驟：