[发明专利]带时滞补偿的永磁同步电机驱动系统分数阶电流控制方法

权利要求书

1.一种带时滞补偿的永磁同步电机驱动系统分数阶电流控制方法，其特征在于，构建由分数阶控制器和前馈解耦组成的分数阶电流环控制器，并按如下方法确定分数阶控制器参数：首先通过前馈解耦补偿与拉普拉斯变换构造出时滞因素影响下的PMSM电流环模型，根据分数阶控制器作用下开环传递函数，基于分数阶控制器的相位裕度准则、对受控对象增益变化的鲁棒性准则及幅值准则，求取分数阶控制器参数；该方法具体包括以下步骤：

1)构建分数阶电流环控制器，所述分数阶电流环控制器由分数阶控制器和前馈解耦组成，分数阶电流环控制器的输出电压U_c'满足：

U_c′＝U_c+U_f

其中U_c、U_f分别为分数阶控制器输出电压和前馈解耦输出电压；

前馈解耦输出电压U_f＝[U_fd U_fq]^T由直轴前馈解耦输出电压U_fd和交轴前馈解耦输出电压U_fq构成，其中：

U_fd＝ωL_qi_q，U_fq＝ωL_di_d+ωλ_f

其中，L_q、L_d分别为电机交、直轴电感，i_q、i_d分别为电机交、直轴电流，ω为电机电角速度，λ_f为转子永磁体磁链；

分数阶控制器U_c(s)的拉氏模型为：

U_c(s)＝G_c(s)(i^*-i)

G_c(s)＝K_p+K_p×K_i/s^λ

其中，G_c(s)为分数阶控制器的传递函数，K_p为控制器比例环节，K_i为控制器积分环节，λ为分阶次；i^*为给定电流值，i为电机输出电流值，从而得到输入的直轴电流值(i^*-i)_d＝i_d^*-i_d，输入的交轴电流值(i^*-i)_q＝i_q^*-i_q；

2)进行前馈解耦，将PMSM电压方程进行拉普拉斯变换，构造出永磁同步电机模型为：

其中，R为定子电阻，L为定子电感；

3)构造时滞补偿校正传递函数：

G_b(s)＝1+τs

其中，τ为时滞补偿校正参数；

4)对分数阶控制器传递函数进行预处理，并与受控对象建立开环传递函数为：

5)根据相位裕度准则与对受控对象系统增益变化的鲁棒性准则得到两个K_i关于λ的方程，并对永磁同步电机分数阶控制器传递函数的K_i和λ参数进行求解，其中相位裕度准则与对受控对象增益变化的鲁棒性准则和两个K_i关于λ的方程如下：

相位裕度准则K_i1为：

对受控对象增益变化的鲁棒性准则为：

其中，ω_c为系统截止频率，为系统相位裕度，τ为时滞补偿校正参数；

6)令：f(s)＝B+C

其中：C＝-2Aλw^2λ-1sin(λπ)-4A²w^2λ

在式f(s)中可知，当A取一个足够小正数时，则C为一个足够小的负数不足于抵消B，那么可得B+C≥0，使得f(s)≥0，等式成立；使得K_i2成立并联立K_i1选出K_i和λ参数；

7)通过选取得到的K_i和λ参数，进一步根据幅值准则求取K_p参数，设计出基于分数阶的永磁同步电机控制器传递函数，其中幅值准则求取K_p参数公式为：

|G(jω_c)|＝1幅值准则

8)将分数阶控制器的传递函数进行离散化处理，得到z域的传递函数G_c(z)，将G_c(z)乘以电流误差值(i^*-i)，进而得到分数阶控制器输出电压U_c，最后加上前馈耦合项电压U_f得出分数阶电流环控制器输出电压U_c'。