【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電機(jī)控制技術(shù)，具體一種基于ladrc(線性自抗擾控制)的電流源逆變器高速永磁同步電機(jī)控制方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、高速永磁電動(dòng)機(jī)具有功率密度高、體積質(zhì)量小等優(yōu)勢(shì)，在航空航天、飛輪儲(chǔ)能、高速主軸等領(lǐng)域受到廣泛應(yīng)用。采用電流源逆變器可以很好地抑制輸出電流紋波大的問(wèn)題，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，從而減小電機(jī)轉(zhuǎn)子損耗和電機(jī)發(fā)熱。但在電流源逆變器高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中存在以下問(wèn)題：一方面，系統(tǒng)的控制對(duì)象的階數(shù)由一階變?yōu)槎A，電機(jī)和電容都會(huì)產(chǎn)生耦合現(xiàn)象，并且在高速下耦合會(huì)進(jìn)一步加劇，危害電機(jī)的正常運(yùn)行，此外，大量?jī)?chǔ)能元件的應(yīng)用還惡化了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能；另一方面，高轉(zhuǎn)速加重了數(shù)控系統(tǒng)離散誤差和控制延遲的影響，降低了系統(tǒng)的控制精度，且適用于高速永磁電機(jī)的位置傳感器存在成本高和可靠性差的問(wèn)題。解決電流源逆變器系統(tǒng)的以上問(wèn)題對(duì)于高速永磁同步電機(jī)的應(yīng)用十分必要。
2、當(dāng)前改善電流源逆變器高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制性能的研究方向有采用新型寬禁帶器件、新型電路拓?fù)浜透咝阅芸刂扑惴ǖ取?/p>
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，進(jìn)而提出一種基于ladrc的電流源逆變器高速永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)及方法。
2、本專利技術(shù)為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是：
3、本專利技術(shù)所述的一種基于ladrc的電流源逆變器高速永磁同步電機(jī)控制方法包括如下步驟：
4、步驟1、對(duì)電機(jī)定子的三相電流、電壓進(jìn)行采樣，并根據(jù)當(dāng)前位置信息對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到電機(jī)的交、直軸電流反饋
5、步驟2、將ω和isd對(duì)q軸電流環(huán)的耦合作用作為q軸電流環(huán)的擾動(dòng)量，輸入交軸電壓電流usq和isq，通過(guò)基于ladrc的無(wú)位置算法處理后估算出實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)子位置角度和轉(zhuǎn)速；
6、步驟3、將實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速ω和給定轉(zhuǎn)速ω*的差值輸入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，得到電機(jī)的交軸電流參考值；
7、步驟4、將交軸電流反饋量isq與交軸電流參考值isq*輸入q軸二階ladrc電流調(diào)節(jié)器，得到濾波電容的交軸電流參考值，將直軸電流反饋量isd與直軸電壓參考值isd*＝0輸入d軸二階ladrc電流調(diào)節(jié)器，得到濾波電容的直軸電流參考值；
8、步驟5、將濾波電容交、直軸電流參考值分別對(duì)應(yīng)與電機(jī)的交、直軸電流反饋量相加得到逆變器的交、直軸電流參考值，并經(jīng)過(guò)park反變換得到調(diào)制逆變器所需電流的幅值與相位；
9、步驟6、根據(jù)調(diào)制逆變器所需電流的幅值和相位以及估算出的角度信息，結(jié)合空間矢量脈寬調(diào)制技術(shù)，得到開(kāi)關(guān)信號(hào)，從而驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)逆變器電流幅值相位；
10、步驟7、重復(fù)步驟1至步驟6，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的逆變器電流幅值、相位調(diào)節(jié)跟蹤，以及轉(zhuǎn)速的快速調(diào)節(jié)。
11、進(jìn)一步的，步驟2所述的無(wú)位置算法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息進(jìn)行估算，包括如下：
12、同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下q軸的永磁同步電機(jī)數(shù)學(xué)模型為：
13、
14、式中：usq為定子繞組q軸電壓；isd、isq為電子繞組d-q軸電流；lq為定子繞組q軸電感；rs為定子電阻；ψf為轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁勢(shì)；
15、由此可設(shè)計(jì)基于ladrc的無(wú)位置傳感器算法，將ω和id對(duì)q軸電流環(huán)的耦合作用作為q軸電流環(huán)的擾動(dòng)量w(t)，由leso觀測(cè)出來(lái)。
16、
17、可設(shè)計(jì)leso觀測(cè)擾動(dòng)量：
18、
19、在id＝0的控制策略下，
20、二階線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的z11為isq的實(shí)時(shí)觀測(cè)量,而z12就是擾動(dòng)w(t)的實(shí)時(shí)觀測(cè)量，記作當(dāng)時(shí)，就可以準(zhǔn)確估計(jì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速ω，之后再對(duì)速度積分得到電機(jī)轉(zhuǎn)子位置θ。
21、估計(jì)轉(zhuǎn)速為：
22、估計(jì)轉(zhuǎn)子位置為：
23、通過(guò)如上算法便可較為簡(jiǎn)單地估計(jì)出電機(jī)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速和位置角信息。
24、進(jìn)一步的，步驟3所述的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為pi調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：
25、
26、式中，kp為比例增益系數(shù)、ki為積分增益系數(shù)。
27、進(jìn)一步的，步驟四所述的d-q軸二階ladrc電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)如下：
28、電機(jī)定子電壓方程為：
29、
30、在旋轉(zhuǎn)d-q軸坐標(biāo)系下，電流源逆變器的橋臂電流方程為：
31、
32、
33、其中，usd、usq表示交流濾波電容電壓d-q軸分量；isd、isq表示電機(jī)定子電流d-q軸分量；icd、icq表示電容電流d-q軸分量；iwd、iwq表示逆變器輸出電流d-q軸分量；ω表示同步角速度；ψf表示電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈；c表示濾波器電容；p為微分算子；ld、lq表示電機(jī)d軸與q軸電感。對(duì)于隱極式永磁同步電機(jī)，可以令ld＝lq＝l。
34、進(jìn)一步的，步驟四所述的d-q軸二階ladrc電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)如下：
35、電機(jī)定子電壓方程為：
36、
37、在旋轉(zhuǎn)d-q軸坐標(biāo)系下，電流源逆變器的橋臂電流方程為：
38、
39、
40、其中，usd、usq表示交流濾波電容電壓d-q軸分量；isd、isq表示電機(jī)定子電流d-q軸分量；icd、icq表示電容電流d-q軸分量；iwd、iwq表示逆變器輸出電流d-q軸分量；ω表示同步角速度；ψf表示電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈；c表示濾波器電容；p為微分算子；ld、lq表示電機(jī)d軸與q軸電感。對(duì)于隱極式永磁同步電機(jī)，可以令ld＝lq＝l。
41、進(jìn)一步的,可以令z1為isdq的跟蹤信號(hào),z2為usdq的跟蹤信號(hào),z3為d-q軸未知擾動(dòng)的跟蹤信號(hào),設(shè)計(jì)二階d-q軸ladrc調(diào)節(jié)器為：
42、該調(diào)節(jié)器由leso(線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器)和lesf(線性誤差反饋控制律)組成。d軸ladrc的leso部分設(shè)計(jì)如下：
43、
44、q軸ladrc的leso部分設(shè)計(jì)如下：
45、
46、其中β1、β2、β3為leso增益。
47、d-q軸ladrc的lesf部分設(shè)計(jì)如下：
48、
49、其中kp、kd、b0為lesf參數(shù)。
50、將估算出的電容電流參考值與采樣后的電機(jī)定子電流相加即可得到逆變器輸入電流iwdq的估計(jì)值。
51、本專利技術(shù)所述的一種基于ladrc的電流源逆變器高速永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)包括，
52、位置估算模塊，輸入q軸電壓電流，之后通過(guò)ladrc算法估算出電機(jī)轉(zhuǎn)速和位置角度信號(hào)；
53、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，用于將實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速和給定轉(zhuǎn)速的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到電機(jī)的交軸電流參考值；
54、電流傳感器，用于對(duì)電機(jī)定子的三相電流進(jìn)行采樣；
55、電壓傳感器，用于對(duì)電機(jī)定子的三相電壓進(jìn)行采樣；
56、坐標(biāo)變換矩陣，用于根據(jù)當(dāng)前位置信息對(duì)電流傳感器采樣信號(hào)進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到電機(jī)的交軸電流反饋量和直軸電流反饋量；還用于根據(jù)當(dāng)前位置信息對(duì)電壓傳感器采樣信本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于LADRC的電流源逆變器高速永磁同步電機(jī)控制方法，其特征在于：所述該方法通過(guò)包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于LADRC的電流源逆變器高速永磁同步電機(jī)控制方法，其特征在于：步驟2中，所述無(wú)位置算法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息進(jìn)行估算包括如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于LADRC的電流源逆變器高速永磁同步電機(jī)控制方法，其特征在于：步驟3所述的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于LADRC的電流源逆變器高速永磁同步電機(jī)控制方法，其特征在于：步驟4所述的d-q軸二階LADRC電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于LADRC的電流源逆變器高速永磁同步電機(jī)控制方法，其特征在于：令z1為isdq的跟蹤信號(hào),z2為usdq的跟蹤信號(hào),z3為d-q軸未知擾動(dòng)的跟蹤信號(hào),設(shè)計(jì)二階d-q軸LADRC調(diào)節(jié)器為：
6.一種基于LADRC的電流源逆變器高速永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述該系統(tǒng)包括：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于ladrc的電流源逆變器高速永磁同步電機(jī)控制方法，其特征在于：所述該方法通過(guò)包括如下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ladrc的電流源逆變器高速永磁同步電機(jī)控制方法，其特征在于：步驟2中，所述無(wú)位置算法對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息進(jìn)行估算包括如下：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ladrc的電流源逆變器高速永磁同步電機(jī)控制方法，其特征在于：步驟3所述的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器為pi調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：杜博超，劉旭揚(yáng)，于佳強(qiáng)，吳紹朋，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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