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专利号: 202310876654X
申请人: 淮阴工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种具有转速波动抑制速度环调节器的永磁同步电机控制系统,其特征在于,包括转速环调节器、第一电流环调节器模块(10)、第二电流环调节器模块(11)、2r/2s坐标变换模块(12)、SVPWM模块(13)、逆变器模块(14)、3s/2s坐标变换模块(15)、2s/2r坐标变换模块(16)、永磁同步电机(17)以及光电编码器模块(18);所述转速环调节器包括比例积分模块(4)、频率自适应调节器模块(5)、直流电压模块(6)、积分器模块(7)、抗饱和反馈增益模块(8)、限幅器模块(9);

所述永磁同步电机(17)与光电编码器模块(18)连接、所述光电编码器模块(18)输出端与所述频率自适应调节器模块(5)、所述2r/2s坐标变换模块(12)、所述2s/2r坐标变换模块(16)输入端连接,所述3s/2s坐标变换模块(15)输出端与所述2s/2r坐标变换模块(16)输入端连接,所述2s/2r坐标变换模块(16)输出端、所述限幅器模块(9)输出端均与第一电流环调节器模块(10)输入端连接,所述2s/2r坐标变换模块(16)输出端与第二电流环调节器模块(11)输入端连接,所述第一电流环调节器模块(10)、第二电流环调节器模块(11)输出端与所述2r/2s坐标变换模块(12)连接,所述2r/2s坐标变换模块(12)与所述2s/2r坐标变换模块(16)连接;所述2r/2s坐标变换模块(12)输出端与SVPWM模块(13)连接,所述SVPWM模块(13)的控制输出端与所述逆变器模块(14)连接,所述逆变器模块(14)驱动所述永磁同步电机(17);

将所述比例积分模块(4)与所述频率自适应调节器模块(5)并联,其中一部分是由比例积分模块(4)产生直流形式的交轴电流,另一部分由频率自适应调节器模块(5)产生的交流形式的补偿交轴电流;所述比例积分模块(4)、频率自适应调节器模块(5)并联后与直流电压模块(6)输入端连接,所述直流电压模块(6)输出端与所述限幅器模块(9)连接;所述限幅器模块(9)比较限幅前后控制器实际输出值是否相同,根据二者之差得到反馈增益至抗饱和反馈增益模块(8),再经过积分器模块(7)积分得到负载转矩估计值;

所述频率自适应调节器模块(5)由两个积分器进行构造,存在一整定参数谐振控制器的比例增益系数k;频率自适应调节器模块(5)包括比例增益系数模块(1)、第一积分器模块(2)、第二积分器模块(3),x(t)为输入信号,ε为误差信号,输入信号通过谐振控制器的比例增益系数模块(1),所得kε与基波电角频率相乘,再通过第一积分器模块(2),得到输出信号x'(t);而基波电角频率ω通过第二积分器模块(3)实时反馈给频率自适应调节器模块(5),实现转速自适应。

2.根据权利要求1所述的具有转速波动抑制速度环调节器的永磁同步电机控制系统,其特征在于,比例积分模块(4)、频率自适应调节器模块(5)所得电流通过直流电压模块(6)得到滑模增益,滑模增益经过限幅器模块(9),比较限幅前后控制器实际输出值是否相同,根据二者之差得到反馈增益,再经过积分器模块(7)积分得到负载转矩估计值,按照滑模增*益和反馈增益的选取范围合理选择参数,保证滑模观测器稳定并准确观测负载转矩,is 为*

限幅前控制器实际输出,iq为限幅后的控制器输出。

3.根据权利要求1所述的具有转速波动抑制速度环调节器的永磁同步电机控制系统,其特征在于,以基于PI调节器的PMSM矢量控制系统框架为基础,采用在原有转速环PI调节器上并联频率自适应调节器模块(4)的方法组成转速环调节器,输入信号x(t)一路经过比例积分模块(4)得到输出信号np;另一路通过频率自适应调节器模块(5)得到输入信号x'(t),其传递参数为:其中,k为谐振控制器的比例增益系数,s为复变量;ω为基波电角频率。

4.根据权利要求2所述的具有转速波动抑制速度环调节器的永磁同步电机控制系统,其特征在于,通过ω基波电角频率的不断反馈,将输出信号进行自适应调节,通过直流电压模块(6)变化,进行速度环的计算;将输入信号x(t)与光电编码器检测到的电机转子实际转速ωe之差经频率自适应调节器模块(5)计算得到的电流经过限幅器模块(9)判断限幅前后之差,二者之差得到的反馈增益经过积分得到负载转矩估计值,同时按照滑模增益和反馈*增益的选取范围选择参数,保证滑模观测器稳定并准确观测负载转矩,is 为限幅前控制器*

实际输出,iq为限幅后的控制器输出:

* *

当iq=is时:iq*=iqeq+iqsw

* *

当iq≠is时:iq*=iq_sat

其中,iqeq是等效控制,iqsw为切换控制,iq_sat为电机系统饱和限制的上下界。

5.根据权利要求1至4任一所述的具有转速波动抑制速度环调节器的永磁同步电机控制系统,其特征在于,将检测到的逆变器模块(14)三相定子电流依次输入至3s/2s坐标变换模块(15)和2s/2r坐标变换模块(16)得到d轴、q轴电流反馈值id,iq;将限幅器模块(9)最终输出的d、q轴电流给定值与检测到的电流反馈值的偏差经第一电流环调节器模块(10)、第二电流环调节器模块(11)计算得到两相旋转坐标系下的控制电压ud和uq;控制电压指令经过2r/2s坐标变换模块(12)坐标变换,得到两相静止坐标系下的电压指令uα、和uβ,将电压指令uα、和uβ输入到SVPWM模块(13)中,输出PWM驱动信号,再经过逆变器模块(14)驱动内置式永磁同步电机(17)。

6.根据权利要求5所述的具有转速波动抑制速度环调节器的永磁同步电机控制系统,* *

其特征在于,所述限幅器模块(9)最终输出的q轴电流给定值iq,d轴电流给定值id 始终保持为0,第一电流环调节器模块(10)、第二电流环调节器模块(11)的参数设定过程为:重写d‑q坐标下的电流方程为:定子电流id,iq分别在d轴和q轴方向产生交叉耦合电动势,若id、iq完全解耦,则:

其中,ud0和uq0分别为电流解耦后的d轴和q轴电压;对上述公式进行拉普拉斯变换后,可得:

Y(s)=G(s)U(s)

其中:

采用常规的PI调节器并结合前馈解耦控制策略,可得到d‑q轴的电压为:

其中,Kpq和Kpq为PI调节器的比例增益,Kid和Kiq为PI调节器的积分增益。