[发明专利]一种永磁同步电机复合电流的约束控制系统及其构建方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机复合电流的约束控制系统及其构建方法，针对现有技术中存在的单回路结构中永磁同步电机的过流保护问题，本发明提供了一种永磁同步电机复合电流的约束控制系统及其构建方法，系统包括第一坐标变换单元、编码器、PI控制器、降阶比例观测器、电流约束控制器、第二坐标变换单元、SVPWM模块以及三相逆变器，通过电流约束控制器和降阶比例积分观测器的结合，将q轴电流限制在安全范围内，防止硬件过流烧毁。本发明通过结构简洁、计算复杂度低的复合电流约束控制器处理了非串级结构中永磁同步电机的过流保护问题，实现了对电流约束的需求，保证了较好的动态稳定性且易于实现。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制系统领域，更具体地说，涉及一种永磁同步电机复合电流的约束控制系统及其构建方法。

背景技术

永磁同步电动机(PMSM)具有结构简单、体积小、重量轻、功率大、效率高等优点，被广泛应用于航空航天、数控机床、机器人、电动汽车等工业领域。为了对永磁同步电机进行精确的调速控制，需要有良好的控制策略，永磁同步电机的调速策略包括有三种：变压变频控制、直接转矩控制、矢量控制。矢量控制是最常用的一种控制策略，它通过坐标变换理论，将电机定子三相交流电流，变换为两相旋转坐标系下两个相互垂直的电流矢量，有良好的的解耦特性。

在某些情况下，单回路结构可以看作是将速度环和电流环合二为一的可选方案。与级联结构相比，非级联结构的运用减少了可调参数，且具有控制器设计简单、易实现等优点。

在单回路结构的矢量控制系统中，q轴电流是一个变化的状态量而不是传统级联结构中电流环的输出量，因此传统的比例积分控制器很难将q轴电流控制在一个稳定的范围内，而过大的瞬态电流则可能会导致硬件的损坏，故单回路结构下的过流保护问题亟待解决。同时在实际应用中，干扰抑制是评价控制系统性能的一个重要指标。永磁同步电动机存在着各种扰动，基于反馈设计的传统控制方法，如比例积分微分(PID)控制，通常不能及时地排除这些干扰，虽然这些控制方法最终能够通过反馈调节抑制干扰的影响，但是速度相对较慢。如果控制器不考虑相应的前馈控制设计对闭环系统进行补偿，则会大大降低闭环系统的性。如果能有效处理好电流约束和扰动抑制的问题，则可以大大改善永磁同步电机矢量控制系统的控制性能。

中国专利申请，申请号CN201710333130.0，公开日2017年8月11日，公开了一种直流降压变换器复合电流约束控制方法，该发明以直流降压变换器的电容电压、电感电流为状态量，建立直流降压变换器标称系统的状态空间平均模型，在基于启动电流约束的同时兼顾输出电压的动态响应速度，建立基于动态增益方法的基准电流约束控制器，根据直流降压变换器系统的参数摄动、输入电压波动及负载突变扰动，建立直流降压变换器受扰状态平均模型，构造广义比例积分观测器，并获得时变扰动估计值；再引入所述基准电流约束控制器，对时变扰动进行补偿，以得到复合电流约束控制器。其不足之处在于，该方法涉及参数较多，计算量大，算法实现较复杂。

中国专利申请，申请号CN201810710038.6，公开日2018年11月23日，公开了直线感应电机含电流约束双矢量模型预测控制方法，该发明为了使电机在启动和制动过程当中获得快速动态响应，对感应电机在k时刻运行状况进行采样，设计了电流约束条件，(u_α1(k)+o_x)²+(u_β1(k)+o_y)²＜r²，依据参考电压的矢量和来计算最优占空比d_opt，其中：uα1(k)和uβ1(k)分别为α轴和β轴的输出电压矢量分量。其不足之处在于，该发明的模型预测控制在处理物理控制系统时的模型不确定性和干扰问题时都会遇到困难，且还需要进行大量的计算，不利于该方法的实现。

发明内容

1.要解决的技术问题