[发明专利]一种三相永磁同步电机驱动系统电流环延时补偿方法

权利要求书

1.一种三相永磁同步电机驱动系统电流环延时补偿方法，所述三相永磁同步电机驱动系统采用三相逆变功率电路驱动三相永磁同步电机，其特征在于，延时补偿方法包括以下步骤：

步骤1)，分别采集永磁同步电机三相定子绕组电流i_A、i_B、i_C、母线电压U_DC、以及当前转子位置角θ_r，并对转子位置角求微分得到转子机械角速度ω_m，将转子机械角速度ω_m乘以电机极对数得到转子电角速度ω_r；

步骤2)，存储上一控制周期计算得到的d轴定子电压给定值和q轴定子电压给定值

步骤3)，通过坐标变换按照下式将采集到的电流i_A、i_B、i_C变换至d-q坐标系下，得到对应的d-q轴电流实际值i_d、i_q：

步骤4)，令d轴电流给定值i_d^*为零，将角速度指令与转子机械角速度ω_m的差值输入第一PI调节器得到q轴电流的给定值i_q^*；

步骤5)，计算下一个周期d轴电流预测值i_dpre和q轴电流预测值i_qpre：

步骤5.1)，建立修正后的电流预测模型：

步骤5.1.1)，令V_dcom(k)为当前控制周期电机参数变化引起的d轴定子误差电压，V_qcom(k)为当前周期电机参数变化导致的q轴定子误差电压，ω_r是转子电角速度，是电机定子电阻标称值，是电机定子电感标称值，是永磁体磁链幅值标称值，T_s是控制周期，则V_dcom(k)、V_qcom(k)的计算步骤如下：

步骤5.1.1.1)，令误差电压在一个控制周期内恒定，定义新的状态变量为得到关于预测电流和误差电压值的状态方程为：

输出方程为：

其中，k代表当前控制周期，k+1代表下一控制周期；i_d(k)是当前周期d轴定子电流，i_q(k)是当前周期q轴定子电流，x₁(k+1)是下一周期电流状态值，x₂(k+1)是下一周期误差电压状态值；控制变量是定子电感标称值，是永磁体磁链幅值，V_d(k)是当前周期d轴定子电压，V_q(k)是当前周期q轴定子电压，i_d(k)是当前周期d轴定子电流，i_q(k)是当前周期q轴定子电流，ω_r(k)是当前周期转子电角速度；y(k)是当前周期输出状态值；系数矩阵T_s是控制周期；

步骤5.1.1.2)，引入中间变量Z(k)，通过降阶观测器计算误差电压值，降阶观测器方程为：

其中，F是观测器反馈增益矩阵，Z(k+1)是下个周期中间变量值；

步骤5.1.1.3)，设置反馈增益矩阵为对角阵，要求对角元素满足以下条件使得观测矩阵收敛至稳态值，对角阵为：

增益K需要满足：

步骤5.1.1.4)，在范围内确定增益值K，将反馈增益矩阵F代入降阶观测器方程中，迭代计算求得状态变量x₂(k)，获得d轴定子电压误差值V_dcom和q轴定子电压误差值V_qcom；

步骤5.1.2)，在永磁同步电机定子电压方程中添加d轴定子电压误差值V_dcom和q轴定子电压误差值V_qcom，得到修正后的定子电压方程：

其中，V_d是d轴定子电压，V_q是q轴的定子电压；

步骤5.1.3)，对修正后的定子电压方程进行前向欧拉离散化，得到修正后的定子电压离散化方程：

其中，i_dnext是下一周期d轴定子电流，i_qnext是下一周期q轴定子电流；

步骤5.1.4)，以d轴定子电流i_d和q轴定子电流i_q作为状态变量，将修正后的定子电压离散化方程逆推得到修正后的电流预测模型：

其中，i_dpre取代步骤5.1.3)中下一时刻d轴定子电流值i_dnext作为d轴定子电流预测值，i_qpre、取代步骤5.1.3)中下一时刻q轴定子电流值i_qnext作为q轴定子电流预测值；

当电机参数与标称值相同时，误差电压项为零；当电机参数与标称值不一致时，误差电压项起到对预测电流的修正作用；

步骤5.2)，将d轴电流实际值i_d和q轴电流实际值i_q代入修正后电流预测模型中，得到下一个周期d轴电流预测值i_dpre和q轴电流预测值i_qpre；

步骤6)，将d轴电流给定值i_d^*减去d轴电流预测值i_dpre得到的差值输入到第二PI调节器输出当前控制周期d轴定子电压给定值将q轴电流给定值i_q^*减去q轴电流预测值i_qpre得到的差值输入到第三PI调节器输出当前控制周期q轴定子电压给定值

步骤7)，d轴定子电压给定值和q轴定子电压给定值通过Ipark变换按照下式变换得到静止坐标系α轴定子电压给定值和β轴定子电压给定值

步骤8)，将静止坐标系α轴定子电压给定值和β轴定子电压给定值输入空间矢量调制SVPWM环节输出电压矢量施加于三相逆变功率电路补偿电流环固有的数字延时。