[发明专利]一种高带宽电流环数字化控制方法及系统

说明书

本发明的一种高带宽电流环数字化控制方法及系统，可解决现有的电流环控制技术动态响应慢、稳定性差的技术问题。包括通过模数转换器对电机的三相电流进行快速采样，同时对采集的电流进行补偿；对采样的三相电流通过坐标变化，将静止的三相坐标系下的电流变换为静止的两相坐标电流信号；将两相静止坐标系下的电流信号变换为旋转正交坐标系(d、q)下的电流信号；计算并确定电机相关参数；基于电机相关参数对控制算法进行设计；将计算出的电压值从正交旋转坐标系下变换至两相静止的坐标系下；扇区计算及标幺化；驱动管子的导通时间计算。本发明综合考虑电机的模型，在控制律中引入电机的关键参数及前馈补偿，显著提高了电流环的响应速度。

技术领域

本发明涉及机电技术领域，具体涉及一种高带宽电流环数字化控制方法及系统。

背景技术

电机的电流环控制在伺服闭环控制中起着非常重要的作用，控制律设计的好坏决定了对电机的控制效果，电流环相对速度环和位置环来说，控制的好坏更能体现被控对象的品质，因此在控制律设计的过程中，充分考虑电机的特性及环路的控制方式及控制目标，找到影响控制设计的因素，如电机的电阻、电感、控制频率、反电动势常数等。

现有的电流环控制技术存在的缺陷有：(1)现有的基于模型的算法太复杂，耗资源，动态响应慢、稳定性差；(2)传统的PID算法未能利用被控对象信息，导致准确性和快速性较差。

发明内容

本发明提出的一种高带宽电流环数字化控制方法及系统，可解决现有的电流环控制技术动态响应慢、稳定性差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种高带宽电流环数字化控制方法，包括：

步骤1)采集电机三相电流：通过模数转换器对电机的三相电流进行快速采样，同时对采集的电流进行补偿；

步骤2)Clark变换：对采样的三相电流通过坐标变化，将静止的三相坐标系下的电流变换为静止的两相坐标电流信号；

步骤3)PARK变换：进一步将两相静止坐标系下的电流信号变换为旋转正交坐标系(d、q)下的电流信号，实现励磁和控制的解耦；

步骤4)计算电机相关参数；

步骤5)模型算法的设计：针对电机当前的模型的参数对控制算法进行设计，该算法除了考虑电机电流控制的精度外，另外还考虑动态响应特性；

步骤6)PARK反变换：将计算出的电压值从正交旋转坐标系下变换至两相静止的坐标系下；

步骤7)扇区计算及标幺化；

步骤8)驱动管子的导通时间计算；

进一步的，所述步骤4)电机的相关参数包括：确定电机转子机械速度θ_spd、电感L、磁链电阻R、控制频率f、极对数P、反电动势常数k_v及直流母线电压U；其中：

其中θ_elec为电机转子的电速度。

进一步的，所述步骤5)具体计算原理如下：

反馈控制率模型补偿项的计算：

其中iq_fdb、θ_spd、id_fdb分别为q轴电流分量、转子的电角速度及d轴电流分量。

前馈控制补偿项计算：

u₂＝L×f×0.666，

及反馈误差控制项计算：