[发明专利]永磁同步电机功率角恒定自适应控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种永磁同步电机功率角恒定自适应控制方法。

背景技术

随着科学技术的日新月异，交流电动机的驱动及其控制技术都得到了迅猛发展，使得交流伺服系统在现代工业系统中的应用也越来越广泛，将逐步取代直流伺服系统。永磁同步电机具有气隙磁密高、效率高、结构简单、可靠性高等诸多优点，在各种高性能驱动系统中得到了广泛应用。高性能的交流调速传动系统一般需要在转子轴上安装机械式传感器，以测量电动机的转子速度和位置。这些机械式传感器常是编码器、解算器和测速发电机。机械式传感器提供电动机所需的转子信号，但也给传动系统带来高成本、安装维护困难、抗干扰能力下降、可靠性降低等一系列问题。

为了克服使用机械式传感器给传动系统带来的缺陷，国内外学者开展了无机械式传感器交流传动系统的研究。永磁同步电机无传感器控制不但能够降低系统成本，而且能够提高系统的抗干扰能力、增加系统可靠性，是近些年来在交流伺服电机控制技术中最为活跃的一个领域。目前，无传感器技术在城市地铁车辆系统、家用电器、工业机械等方面得到了一定应用。

无传感器控制技术，就是通过已知的电机参数及易测得的定子电压或电流值快速而准确地估算出电机的实际位置和速度，并作为系统的反馈信号，实现永磁同步电动机的无传感器运行。近年来国内外学者在永磁同步电机无传感器控制方面做了大量工作，提出了很多方法，推进了无传感器永磁电机控制技术的发展。通常来说，永磁同步电机无传感器控制的方法主要有：利用转子电压电流的开环磁链估计法，高频注入估计法，扩展卡尔曼滤波器估计法，观测器基础上的估计方法，模型参考自适应法和人工智能理论基础上的估计方法等。

失步是永磁同步电机无传感器运行的一个缺点，为了避免失步的发生，通常的做法是给电机一个较大电流，使其运行在一个输出转矩较大的状态，当负载在一定范围内扰动时，由同步电动机稳定运行时的自调节特性可知，同步电动机仍可运行在稳定状态，但电机运行效率低，浪费能源。

发明内容

针对现有装置存在的问题，本发明提出一种永磁同步电机功率角恒定自适应控制方法，以达到使系统响应快，运行稳定的目的，有效地解决了永磁同步电机失步和运行效率问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种永磁同步电机功率角恒定自适应控制方法，包括以下步骤：

步骤1：利用霍尔传感器、电阻分压电路和光电编码器进行数据采样，所述数据包括电机定子u相电流i_a、电机定子v相电流i_b、直流侧母线电压U_dc和电机转子旋转速度ω_r；以实现系统的闭环控制和功率角计算；

步骤2：利用步骤1所得的数据，实时计算功率角，公式如下：

式中，i_a、i_b、i_c分别为电机三相定子电流，i_d、i_q分别为定子电流矢量的d、q分量；θ为A轴和d轴间夹角；

式中，δ为定子磁链和转子磁链间夹角，即功率角，L_d、L_q分别为定子电感的d、q分量，且L_d＝L_q＝L_s，其中L_S为定子电感，是一种电机参数，当电机型号确定，定子电感的值也随之确定，为电机转子磁链；

步骤3：计算功率角偏差e，公式如下：

e＝δ_ref-δ

式中，δ_ref为功率角给定值，且其取值为40°～60°；

步骤4：采用自校正PID智能控制器对功率角进行调节，具体方法如下：

步骤4-1：利用BP神经网络对PID控制器的系数进行整定，当PID控制器输出误差小于3％时，执行步骤4-3，否则，执行步骤4-2，所述的PID控制器的系数是指比例系数k_p，积分系数k_i和微分系数k_d；

步骤4-2：采用经验法确定PID控制器的系数；

步骤4-3：采用增量式PID算法确定PID控制器的输出值，公式如下：

u(k)＝u(k-1)+k_p[e(k)-e(k-1)]+k_ie(k)+k_d[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)](3)