[发明专利]一种高速内嵌式永磁同步电机电流解耦控制方法

说明书

本发明涉及一种高速内嵌式永磁同步电机电流解耦控制方法。该控制方法在现有精确离散数学模型的基础上，引入离散滑模控制(D‑SMC)，将离散滑模控制与理想电流解耦控制器相结合，当控制系统受到参数摄动和外界扰动等因素影响时，仍然可以有效地消除dq轴电流耦合，解决了理想电流解耦控制器在出现参数摄动和外界扰动时dq轴电流解耦效果变差的技术问题，从而提高控制系统的参数适应性和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及到内嵌式永磁同步电机控制技术领域，具体涉及到一种高速内嵌式永磁同步电机电流解耦控制方法。

背景技术

内嵌式永磁同步电机(英文缩写为IPMSM，以下简称永磁同步电机或电机)以其高效率、高功率密度和高惯量比的特性广泛应用于电动汽车、重型工业机械等各种工业场合。IPMSM具有转子结构特殊，磁极凸出的特点，其转子结构的不对称性所产生的磁阻转矩有助于提高电机的过载能力，与表贴式永磁同步电机(英文缩写为SPMSM)相比更易于利用电枢反应实现弱磁控制，扩大转速范围，使电机能运行在更高的速度下。

高速内嵌式永磁同步电机因其体积更小、重量更轻、功率密度更高，而越来越受到重视，然而其高供电频率fn也使得控制难度增加。

一方面，目前在内嵌式控制系统中多采用转速、电流双闭环矢量控制技术。在矢量控制技术中，当进行坐标变换时会引入与速度有关的电压耦合量，而且随着转速的升高，耦合电压的比重会不断增加，对系统稳定性影响也会越严重。传统电流PI控制只对交直(dq)轴的2个电流环单独起作用，没有考虑交叉耦合项，当电机运行到高速情况下，耦合项会逐渐加大，严重影响控制效果；Harnefors L教授(Harnefors L,Nee H P.Model-basedcurrent control of A C machines using the internal model control method[J].IEEE Transactions on Industry Applications,1995,34(1):133-141.)提出的基于内模的电流解耦策略，解耦效果理想，然而由于使用电流误差经积分后获得电压进行前馈补偿，非常容易引起系统震荡。

另一方面，在高速运行时(电机转速达到10000转/min以上)电机参数(如：交直轴电感(L_d,L_q)，电阻R_s,永磁体磁链ψ_f)变化非常大，其中交直轴电感变化范围能达到20％，目前的解耦方案比如偏差解耦、电流反馈解耦、内模控制等对电机参数依赖性较强，当参数变化时改善电流耦合特性的能力有限。

除此之外，目前电机系统控制策略多采用常规的间接控制策略，即先在连续域内设计电流解耦控制策略然后离散化应用，这种间接控制策略被证明在绝大多数应用场合下是适用的。然而在电机高速运行时，由于采用欧拉或者双线性等方法进行离散化时带来的截断误差变得不可忽略，在很大程度上会降低系统的鲁棒性，影响系统稳定运行。FernandoBriz教授(Kim H,Degner M W,Fernando Briz,Guerrero J M,et al.Discrete-TimeCurrent Regulator Design for AC Machine Drives[J].IEEE Transactions onIndustry Applications,2011,46(4):1425-1435.)利用精确的离散永磁同步电机模型，根据零极点对消原理，采用直接设计法提出了一种新型的离散电流控制策略，即得到理想电流解耦控制器，从本质上解决了交直轴电流解耦问题，避免了截断误差的影响，相对于上文提到的解耦策略，控制效果有着明显的提升，但这种控制方案是建立在精确的电机模型基础上的，当电机参数发生变化时，同样会降低系统的控制性能，甚至导致系统不稳定。

发明内容