[发明专利]一种隐极式永磁同步电机直接特征控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种隐极式永磁同步电机控制系统及方法，尤其是涉及一种隐极式永磁同步电机直接特征控制系统及控制方法。

背景技术

目前，在伺服控制系统等领域，大多数用的控制策略还是基于矢量控制的控制方法，而矢量控制的核心就是双环结构，即转速外环和电流内环，这就免不了要使用PI调节器，然而PI调节器也存在自身的一些问题，如带宽不够、容易饱和等等。而针对这些问题又提出了一些抑制的方法和手段，但是就整个控制方法上来说无疑是使系统和结构更为复杂。所以为了解决上述提出的电机控制策略问题的方法主要有两类：一类是对电机结构进行优化设计；另一类是寻求新的控制策略来替代传统控制。第一类方法，通过改变电机的结构来获得所期望的磁路特性以及交直轴电感参数的变化范围，这种途径需要使用更高级的工艺和技术，成本会增加很多。第二类方法，基于特征控制实现对电机的控制，此种方法结构简单，同时利用了现代控制理论，就控制手段上已经提升很多，也不需要增加成本。而且包含了现代控制理论的思想，相比较于传统的PI控制，可以很好的消除一些高斯白噪声等等，使整个系统的控制更为精确。

另外，电机控制都是基于数字控制技术的，而数字控制包括采样、计算、产生占空比及其更新等环节，理想的控制模式是在当前时刻采样电机电流，计算PWM占空比信号，并且实时更新占空比信号。然而，在实际系统中，可以实现的控制模式是在上一时刻进行电机电流采样，算法占用一定的时间间隔，计算PWM占空比信号，最后在后一时刻更新占空比信号。在采样周期的开始时刻进行电流采样的优点是，有更多的时间来计算控制算法，且所得到的电流值近似于电机的平均电流值。然而，逆变器还需要另一个采样周期把占空比信号转换为电机侧的电压，这样就使得数字控制中实际延时为两个周期。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种隐极式永磁同步电机直接特征控制系统及控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种隐极式永磁同步电机直接特征控制系统，包括位置环控制电路和转速环控制电路，该控制系统还包括定子电流检测模块、滑模变结构观测器、预测控制模块、特征控制模块、单位延时模块和逆变模块，所述的定子电流检测模块连接永磁同步电机，所述的滑模变结构观测器输入端分别连接定子电流检测模块、位置环控制电路和单位延时模块，滑模变结构观测器输出端连接预测控制模块输入端，该预测控制模块输入端还连接位置环控制电路和单位延时模块，预测控制模块输出端连接特征控制模块输入端，该特征控制模块输入端还连接位置环控制电路和转速环控制电路，特征控制模块输出端分别连接单位延时模块输入端和逆变模块输入端，所述的逆变模块输出端连接永磁同步电机。

所述的位置环控制电路包括位置传感器、电角度计算单元、电角度给定单元和位置调节器，所述的位置传感器检测永磁同步电机的电角度，并将所述的电角度分别发送至电角度计算单元、位置调节器和特征控制模块输入端，所述的位置调节器输入端还连接电角度给定单元，位置调节器输出端连接转速环控制电路，所述的电角度计算单元输出端分别连接滑模变结构观测器和预测控制模块输入端。

所述的转速环控制电路包括转速调节器和定子d、q轴电流计算模块，所述的转速调节器输入端连接位置调节器输出端和电角度计算单元输出端，转速调节器输入端连接定子d、q轴电流计算模块，该定子d、q轴电流计算模块输入端还连接电角度计算单元输出端，定子d、q轴电流计算模块输出端连接特征控制模块(4)。

所述的定子电流检测模块包括电流传感器和坐标变换器，所述的电流传感器连接永磁同步电机并检测其三相定子电流，所述的坐标变换器输入端连接电流传感器，输出端连接滑模变结构观测器输入端。

所述的逆变模块包括SVPWM调制单元和逆变器，所述的SVPWM调制单元输入端连接特征控制模块输出端，SVPWM调制单元输出端连接逆变器输入端，逆变器输出端连接永磁同步电机。

一种隐极式永磁同步电机直接特征控制系统的控制方法，该方法包括如下步骤：

(1)电流传感器(13)检测永磁同步电机(1)t_n-T时刻的三相定子电流为i_a、i_b、i_c，位置传感器(6)检测t_n-T时刻转子旋转的电角度为θ；