基于无差拍算法的永磁同步电机离散化电流预测控制方法浅述

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电流下个采样周期实现无差拍,使得i(k+1)=i*(k+1),求出 k时刻控制变量u(k)=(R0-L0/Ts)id(k)-ωe(k)L0iq(k)+L0/Ts i*d(k+1),L0,R0,ψf0为预测算法所用电机参数。理想无差拍预 控电机直交轴控制电压为uq(k)=(R-L/Ts)iq(k)+ωe(k)Lid(k)+L/ Tiq(k+1)+ωe(k)ψf.令u*d(k)=ud(k),推出电流给定值与实际值的 关系,△=R-R0,△ψf=ψf-ψf0为控制器采用电机标称参数与实 际参数差值。考虑采样时间TS足够小,电流定值与实际值离散 域闭环传递函数为idq(z)/i*dq(z)=(L0/L)z/z+L0/L-1),离散控制系 统稳定条件是极点分布在z平面单位圆内,无差拍预控算法稳定 条件为0<L0<2L。电机运行中实际电感变小时,使得标称电 感大于2倍实际电感,离散控制系统极点位于单位圆外,误差大 震荡严重。
对传统无差拍算法进行仿真分析,仿真模型中逆变器采用 理想IGBT器件,0.04s突加2Nm恒定负载,电感参数正常,d,q轴 电流预测值跟随给定值,L0/L=3,预测电流震荡明显。对永磁同 步电机无差拍预测电流控制测模进行推导,采用鲁棒控制算法改 善稳定性,在电感参数误差较大时能保持较大稳定范围。
参考文献 [1] 肖海峰.永磁同步电机改进型电流预测控制策略研究[J].微特电
1 PMSM控制策略
70年代以来,随着电力电子技术、计算机技术等迅速发 展,PMSM调速系统技术不断完善。21世纪后PMSM调速系统 代替以往直流系统,目前PMSM控制策略分为变压变频控制、 直接转矩控制与矢量控制[1]。VVVF控制是开环控制方式,基频 下通过定子电压幅值协调控制,电机转速改变,需相应改变定 子电压幅值,利用逆变器产生目标电压作用于电机定子绕组, 输出电矩恒定。
机,2019,47(4):52-55,65. [2] 吴俊英.PMSM无差拍电流预测控制及电流静差消除方法研究
[D].哈尔滨:东北林业大学,2019.
科学与信息化2020年7月下 81
对状态方程离散化,i=i(k+1)-i(k)/T,得到永磁同步 电机预测模型,i(k+1)=A(k)i(k)+B(k)u(k)+D(k),i(k)=[id(k) iq(k)],C(k)=[0;-Tsψf/Lωe(k)],B(k)=[Ts/L 0;0Ts/L].A(k)=[1-TsR/ L Tsωe(k);-Tsωe(k) 1-TsR/L]
矢量控制将三相正弦交流电转换为直流电,简化复杂 PMSM数学模型运算[2]。PMSM矢量控制技术分为转速、电流 控制环与PWM控制算法。电流控制环精度决定电机械转矩,国 外研究者对电流控制方式进行研究,在同步转速坐标系下电流 控制有滞环电流控制,电流预测控制。滞环电流控制改变逆变 器开关减小实际电流,电机电流随给定电流波形锯齿状变化, 对电机参数不敏感。但滞环电流控制器逆变器开关频率随电机
TECHNOLOGY AND INFORMATION
工业与信息化
基于无差拍算法的永磁同步电机离散化电流预测控制 方法浅述
李杨 中车大连电力牵引研发中心有限公司 辽宁 大连 116052
摘 要 随着控制技术的快速发展,永磁同步电机因其结构简单、动态响应快等特点,在国防航空等领域得到广泛 应用。PMSM伺服控制系统包括位置环、电流与速度控制环。电流控制环控制性能决定系统动态性能。针对电流控 制环为PID调节方式的控制系统,存在转矩脉动大等缺点,对无差拍电流预测控制算法研究,应用于伺服控制系统 电流环控制中。以定子电流预测值与采样值补差为补偿依据,引入电流预测补偿因子可对电机定子期望参考电压修 正,实现下一控制周期结束时电流误差为零的目标。改进电流预控策略可抑制电机参数失配带来系统不稳定问题, 仿真实验结果分析算法可行性。 关键词 永磁同步电机;电流预控;电流环带宽;无差拍
基频上电机端电压保持额定,PMSM在弱磁状态。VVVF 控制易于实现,将其应用于PMSM控制中,重载出现电机失步 现象。直接转矩控制通过适当时刻选择电压矢量实现对电机控 制。直接转矩控制是闭环控制法,控制系统结构简单。在定子 磁链幅值调节中使用滞环调节器,国外研究人员将矢量与转矩 控制理论结合,解决传统PMSM低速状态转矩脉动大问题。矢 量控制通过点击空隙中形成圆形旋转磁场保证电磁转矩恒定, 加入相位控制。矢量控制随电机转子位置变化调整定子电压幅 值,将转化后电压信号施加到三相定子绕组。
电力拖动作用是完成电能与机械能转换,自控系统任务 是控制电机输入电压等信号量,间接控制电机输出转矩等机械 量,运动控制技术由直流与交流调速技术组成,交流调速技术 在医疗机械及新能源汽车等领域占有重要地位,我国稀土矿储 量为世界各国总和,发挥我国独特稀土资源优势,PMSM研究 成为必然趋势。PMSM具有无转子铜耗,功率因数高,可靠性 好等优点。PMSM研究成为学术研究的重点,电流控制环通过 相应控制算法计算得到电压矢量作用于电机三相绕组,其性能 影响伺服系统动态响应速度。电机模型控制器中参数有误差, 影响电机控制系统精度,高性能控制算法电流控制精度依赖于 电机电感,电机参数误差影响控制模型电机直轴,需要采用相 应策略估算电机参数,PMSM电流控制环保证具有优越的动态 响应性能,对PMSM伺服控制系统研究具有重要意义。
运行状况不同改变,导致电机输出电流脉动较大。电流波纹可 达到两倍滞环,改进滞环控制器通பைடு நூலகம்引入频率锁定克服相关问 题,但实现比较复杂,不适用高精度PMSM伺服控制。
2 无差拍电流预控算法 永磁同步电机坐标系电压方程为Ud=Rsid+Ld did/dt-
Lqωiq, uq=Rsiq+Lq diq/dt+Ldωeid+ψfωe,id,iq为直交轴电 流,ud,uq为直交轴电压,ψf为永磁体磁链,R为定子电阻,Ld为 直交轴电感。隐极式永磁同步电机有Ld=Lq=L,电机电压方程 为i=Ai+Bu+D,i=[id iq]T,A=[-R/L ωe;-ωe -R/L],D=[0;-ωeψf/ L].B=[1/L 0;0 1/L].
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