[发明专利]可调阻尼的永磁同步电机离散域电流环控制方法

说明书

本发明属于永磁同步电机控制领域，具体涉及一种可调阻尼的永磁同步电机离散域电流环控制方法。该方法利用永磁同步电机在旋转dq坐标系下的离散域数学模型的系数矩阵F和输入矩阵G，设计可调阻尼的电流控制器，并考虑了补偿数字控制一拍延迟造成的角度滞后问题。本发明在不改变电流跟随响应的情况下，能够实现系统阻尼的主动调节，从而提高控制系统的抗扰性能。

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制领域，具体涉及一种可调阻尼的永磁同步电机离散域电流环控制方法。

背景技术

永磁同步电机因其高效率、高功率密度和比功率、高起动转矩等特点被广泛应用于新能源汽车和工业伺服系统等高性能驱动场合。多年来，基于转子磁场定向同步旋转坐标系下的比例积分(PI)控制器，因其调速范围宽，零稳态误差等优点，一直是交流电机电流控制的工业标准。然而，当前常用电流控制器在面向高速低载波比运行状态时会出现以下几方面的问题：1)d、q轴子系统间因旋转坐标变换而引入的交叉耦合扰动项随着运行转速的增高而增高，甚至成为d、q轴电流分量的主要决定因素，给d、q轴子系统控制性能带来较大扰动；2)受功率器件容许开关频率和散热条件的限制，高转速运行对应的载波比较低，使得离散化误差凸显，采样和控制延时影响加剧，严重时甚至导致系统失稳。

基于电机离散域数学模型，直接在离散域设计控制器，成为提升电机控制系统低载波比运行性能的有效途径。近年来，随着永磁同步电机高速化运行需求的增加，离散域控制系统设计受到重视。

参考文献1：“Discrete-time current regulator design for ac machinedrives,”(H.Kim,M.W.Degner,J.M.Guerrero,F.Briz,and R.D.Lorenz,IEEETransactions on Industry Applications,vol.46,no.4,pp.1425–1435,July2010.)(“交流电机驱动离散域电流调节器设计”(H.Kim,M.W.Degner,J.M.Guerrero,F.Briz,andR.D.Lorenz，电气和电子工程师协会工业应用学报，2010第46卷第4期1425-1435页))的文章。该文章给出了表贴式永磁同步电机电流环的离散化数学模型，同时基于该模型直接在离散域中按照零极点对消原理设计了电流控制器。此方法较好地提升了表贴式永磁同步电机高速低载波比运行时的跟随性能，但却无法兼顾系统的抗扰性能，致使其跟随性能在实际应用中亦然不高。另外，该设计方案不适用于内置式永磁同步电机电流控制器设计。

参考文献2：“A synchronous reference frame PI current controller withdead beat response”(Claudio A.Busada,Sebastian Gomezand JorgeA.Solsona,IEEE Transactions on Power Electronics,vol.35,no.3,pp.3097-3105,March 2020.)(“一种具有最少拍响应的同步参考坐标系PI电流控制器”(ClaudioA.Busada,Sebastian Gomezand Jorge A.Solsona，电气和电子工程师协会电力电子学报，2020第35卷第3期3097-3105页))的文章。该文章基于表贴式永磁同步电机电流环的离散化数学模型，在离散域设计了二自由度电流控制器，此方法解决了表贴式永磁同步电机在低载波比条件下系统跟随性能降低的问题，而且可实现电流环的最少拍响应，同时改善了系统的抗扰性能，增加了系统的控制自由度。但对于内置式永磁同步电机难以直接适用。