[发明专利]一种前置滤波器永磁同步电机电流环PI参数整定方法

说明书

一种前置滤波器永磁同步电机电流环PI参数整定方法属于电机控制领域。该方法包括：建立逆变器侧电流采样电机系统的数学模型；分析PI参数对系统稳定性的影响并绘制满足频域指标相位裕度和幅值裕度要求的PI参数稳定域；分析稳定域内PI参数对系统动态性能及稳态性能的影响；分析稳定域内PI参数对系统闭环带宽的影响；分析稳定域内PI参数对系统谐振峰值的影响；确定优化目标，通过遗传算法对多个优化目标进行Pareto寻优，确定PI控制器参数。本发明考虑了频域和时域下系统的多项指标，并通过算法对多项指标进行优化权衡，同时兼顾了系统的稳定性、动态性能以及对信号的跟踪响应能力。

技术领域

本发明涉及一种基于前置LC滤波器永磁同步电机逆变器侧电流反馈控制系统的电流环PI参数整定方法，属于电机控制领域。

背景技术

为滤除高频电流谐波实现减振降噪，需要在永磁同步电机(Permanent MagnetSynchronous Machine，PMSM)和逆变器之间加入LC滤波器。但在此类前置LC滤波器PMSM系统中设计电流环比例积分(Proportional Integral，PI)控制器的工作并不常见。由于电流环PI控制器直接决定电流的跟踪性能，对PMSM系统的控制性能起着十分重要的作用，因此，研究针对此类系统的电流环PI参数整定方法极具工程价值。

传统方法中，最早提出的Ziegler-Nichols方法在控制系统中得到广泛应用，该方法不需要识别系统参数，通过寻找稳定极限来确定PI增益，但由于没有考虑任何的性能指标，导致系统性能差；零极点相消法通过调整控制器使电机传递函数的极点与控制器的零点相抵消，以满足所需的闭环性能；文献“基于最优开环截止频率学习的永磁伺服系统PI控制器参数整定方法”(见《电工技术学报》，2017)则在零极点相消的基础上，根据系统的频域模型，研究开环截止频率和相位裕度与PI控制器参数的关系，但由于受开环截止频率和相位裕度界定范围影响，电流环PI参数可在较大范围内取值，需反复计算多次比对才能确定合适的值；

近年来，很多学者对传统的参数整定方法进行了改进。文献“永磁同步电动机调速系统PI控制器参数整定方法”(见《电工技术学报》，2014)从合成矢量的角度出发，提出了一种同步旋转坐标系下无需电感参数的电流解耦调节器，实现了无电感参数解耦控制，改善了系统的动态性能；文献“永磁同步电机电流增量预测算法参数设计及性能分析”(见《电机与控制学报》，2013)在理论的基础上，通过结合预测控制和PI控制器的优点，提出改进PI调节器的设计规则，消除一拍滞后提高系统稳定性的同时，拓展了电流环带宽。文献“永磁同步电机闭环控制系统数字PI参数整定”(见《电机与控制学报》，2018)改进了常用的连续域内整定PI参数的过程，通过离散化设计方法使系统具有良好的稳态和动态性能；文献“Multi-Objective Controller Design of IPMSM Drives Based on DTD D-PartitionMethod Considering Parameters Uncertainties”(见《IEEE Transactions on EnergyConversion》，2019)虽然提出了基于频域和时域多项指标的多目标优化方法，但在约束范围内任意取值PI参数，不能保证性能最优。

文献“带LC滤波器的永磁同步电机控制系统及策略研究”(见《电工技术学报》，2019)提出在逆变器与PMSM之间引入的LC滤波器增加了电容支路，该LC滤波器与PMSM定子绕组构成了LCL等效电路传统的PMSM控制系统电流采样电路设置在逆变器侧，而由于谐振峰的存在，除了保证系统的稳定性外，还需关注逆变器侧反馈电流中存在的高频谐波。

发明内容

本发明的目的是针对现有方法中反复试凑和整定效果差的问题，提供了一种可以兼顾系统稳定性、动态性能指标、稳态性能指标、系统带宽和谐振峰值的多目标优化方法，得到满足期望的电流环PI参数，简化系统步骤的基础上权衡提高系统各项性能。其特征在于，包括以下步骤：