[发明专利]永磁同步电机双闭环矢量控制PI调节器参数整定方法

说明书

本发明公开了本发明提供的一种永磁同步电机双闭环矢量控制PI调节器参数整定方法，利用电流环闭环传递函数中的零极点相消原理将电流内环系统校正为一阶系统，通过电流环闭环传递函数得到电流环PI调节器的比例系数和积分系数，在满足转速环开环传递函数截止频率处的斜率为‑20dB/dec和要获得最大相角裕度这两个约束条件下，确定转速环PI调节器的比例系数和积分系数，得到转速环PI调节器的参数，本发明结合了自动控制相关理论，为整定PI参数提供了理论依据；揭示了PI参数与电机参数电流环带宽、系统性能指标阻尼因子之间的变化关系，可为不同的电机系统更灵活、准确地整定PI参数，通用性强。

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其是涉及永磁同步电机双闭环矢量控制PI调节器参数整定方法。

背景技术

随着电力电子技术、交流电机控制技术的发展，交流电机已广泛应用于各种工业领域。由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点，越来越受到人们的青睐。随着工业智能化的快速推进，对永磁同步电机伺服系统控制的速度与精度都提出了更高的要求。

目前，矢量控制是应用最广泛的永磁同步电机控制策略。矢量控制系统中共有三个调节器：一个转速环调节器和两个电流环调节器，通常采用易于实现、性能良好、对控制对象参数变化不敏感的PI调节器。但若调节器的PI参数设置不当将严重影响伺服系统的控制性能。PI参数目前多依赖经验反复试凑得到，不能保证伺服系统的控制性能。

控制系统的频域参数通常可以由一些非线性方程和简单的约束关系确定，基于频域参数的PI整定方法应用于含有不确定参量的控制系统具有特殊的优势。但目前基于频域参数的电机PI参数整定方法存在以下不足：未考虑逆变器、电流采样等非理想因素的影响，使得整定得到的PI参数需要进一步调整；未对伺服系统的相关频域参数的取值范围加以限定，使得整定方法的实用性不强。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服PI参数多依赖经验反复试凑得到：未考虑逆变器、电流采样等非理想因素的影响，不能保证伺服系统的控制性能。提供一种永磁同步电机双闭环矢量控制PI调节器参数整定方法，该方法整定效果好、实用性强。

为解决上述技术问题，本发明提供一种永磁同步电机双闭环矢量控制PI调节器参数整定方法，包括以下步骤：

S1：建立电机矢量控制系统模型；

S2：根据电机和电流调节器传递函数推导出包含电流环反馈回路增益和逆变器增益的电流环闭环传递函数；

S3：根据并联式PI调节器和串联式PI调节器结构不同、调节效果相同原理利用并联式PI调节器和串联式PI调节器的传递函数，得到并联式PI调节器和串联式PI调节器的比例系数和积分系数之间的转换关系；

S4：利用电流环闭环传递函数中的零极点相消原理将电流内环系统校正为一阶系统，通过电流环闭环传递函数得到电流环PI调节器的比例系数和积分系数；

S5：根据电机转矩公式和机械运动方程得到电机从转速到电机q轴电流的传递函数；

S6：由转速环PI调节器、电流环闭环传递函数和电机模型复合得到转速环开环传递函数；

S7：在满足转速环开环传递函数截止频率处的斜率为-20dB/dec和要获得最大相角裕度这两个约束条件下，确定转速环PI调节器的比例系数和积分系数。

进一步地，所述电流环闭环传递函数G(s)为：

其中，G_open(s)为电流环开环传递函数，_L为电机电感，R为电机电阻，K₁为电流环反馈回路增益，K₂为逆变器增益，为电流环PI调节器的比例系数，为电流环PI调节器的积分系数，S为拉普拉斯算子。