[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

说明书

本发明涉及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，该方法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。该方法有利于提高系统的动态性能、稳定性能和鲁棒性。

技术领域

本发明属于永磁同步电机领域，具体涉及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。

背景技术

永磁同步电机电流环在反馈控制中除了受控电机的时滞影响，通常还存在着控制器算法的执行、电压逆变器、电流滤波、电流采样、数字信号处理器的运算等诸多环节的时滞影响，在众多时滞的叠加下进而产生系统的不稳定，因此需要对永磁同步电机的驱动系统进行时滞的补偿。目前通过设计电流环控制器补偿系统时滞方法主要有以下几种方法：一是考虑时滞影响下的PI电流环控制器，该方法设计简单并且可以提高比例增益与响应速度，但是该方法也存在着动态响应慢，震荡大等缺点。二是利用预测控制的电流环控制器，该方法可以对未来有限时间内的系统状态进行预测，使得选择驱动系统输出和给定值之间误差达到最小，从而消除时滞带来的影响，但是该方法计算量较大。

基于现有的文献《基于分数阶控制器的PMSM恒速控制》，文章编号：1000-565X(2012)03-0119-07中公开了一种基于分数阶的速度环控制器的设计准则，本方案的区别在于：1、设计了一种分数阶电流环控制器，2、考虑时滞因素的影响，引入时滞补偿校正环节，改进分数阶控制器，对时滞因素进行补偿，提高控制器的带宽及系统稳定性，3、解决传统分数阶控制器鲁棒性准则下，带宽有限的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供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，该方法有利于提高系统的动态性能、稳定性能和鲁棒性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：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，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。

进一步地，该方法包括以下步骤：

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：