永磁同步电机的双闭环控制器及控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及永磁同步电机控制领域，具体涉及一种永磁同步电机的双闭环控制方 法。
【背景技术】
[0002] 永磁同步电机在工业生产、数控机床、航空航天和新能源纯电动汽车等领域有着 广泛的应用。永磁同步电机是一个强耦合的非线性系统，实际工作时不可避免地受到外界 干扰，而且在复杂多变的工作环境条件下，系统参数及负载等易发生变化，这将导致永磁同 步电机的控制性能变差，进而直接影响系统的转速输出。因此，控制策略是实现永磁同步电 机调速系统获得满意性能输出以及提高系统鲁棒性的重要保证。
[0003] 目前，人们针对永磁同步电机的转速控制问题，采用双闭环控制结构，并基于矢量 控制技术，提出了诸如比例积分微分（PID)控制、自适应控制、鲁棒控制、滑模控制、模糊控 制等控制方法。最近几年，鉴于分数阶控制具有明显提高系统控制性能和鲁棒性等优点，有 学者开始关注永磁同步电机的分数阶控制研宄，有文献分别将转速环的整数阶PI和PID控 制器扩展成分数阶形式，并给出分数阶控制器参数的整定方法；还有的采用混合差分人工 蜂群算法分别对分数阶PI控制器的控制参数进行自适应调整，进一步提高了永磁同步电 机调速系统的自适应性、动静态性能以及抗外界干扰能力。然而，现有技术均针对转速环设 计分数阶调节器，电流环仍采用传统的整数阶控制形式，鉴于电流环是永磁同步电机调速 伺服系统中的一个关键，它对提高系统控制精度和响应速度，以及改善控制性能方面有着 重要作用，因此对于电流环的分数阶控制是相当有必要的。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在提供一种永磁同步电机的双闭环控制方法，该控制方法克服现有技术 对电流环采用整数阶控制时适用性差、抗干扰能力弱的缺陷，采用转速环与电流环双闭环 分数阶控制的方案，使得电机获得更优的转速动态性能和抗负载跳变能力，且明显改善电 机功率因数，提高了系统效率。
[0005] 本发明的技术方案如下：一种永磁同步电机的双闭环控制器，其特征在于：区别 与现有技术方法，永磁同步电机的电流、转速双闭环均采用了分数阶控制器。
[0006] 其中提出电流环、转速环的分数阶控制器表达式分别为
【主权项】
1. 一种永磁同步电机的双闭环控制器，其特征在于： 该控制器为电流环和转速环分数阶双闭环控制，其中 电流环的分数阶控制器的表达式为
转速环的分数阶控制器表达式为
式中：ae(〇，1)是电流环控制器的分数阶积分阶次参数，Xe(〇，1)是转速环控制 器的分数阶积分阶次参数，1和t,分别是电流环分数阶控制器的放大倍数和积分时间系 数；KV、和、分别为转速环分数阶控制器的放大倍数和积分时间系数。
2. 如权利要求1所述的永磁同步电机的双闭环控制器，其特征在于：应用其进行的永 磁同步电机控制方法包括以下步骤： A、 检测永磁同步电机的三相电流ia、ib和i。，检测永磁同步电机的实际转速《、转子位 置角9，三相电流ia、ib和i。经过Clarke变换得到a、0坐标系下的电流i，将ia、 iP结合位置角9并经过Park变换得出d-q轴坐标系下的定子电流id、、； B、 将电机实际转速《与期望转速相比较得出转速误差信号，转速误差信号经过转 速环分数阶控制器处理后得到q轴定子参考电流值将d轴定子电流id与预设为0的 d轴参考电流相比较得到d轴定子电流误差信号，d轴定子电流误差信号经过电流环分 数阶控制器处理后得到d轴定子电压ud，将q轴定子电流iq与其参考电流iv相比较得到 q轴定子电流的误差信号，q轴定子电流误差信号经过电流环分数阶控制器处理后得到q轴 定子电压Uy C、 结合d轴定子电压ud、q轴定子电压uq和转子位置角0，利用Park逆变换得到a、 0坐标系下的电压ua、Ufi;将ua、Ufi经SVPWM算法处理后再经过逆变器输出三相定子绕组 电压Ua、Ub和U。实现对永磁同步电机电机的驱动控制。
3. -种永磁同步电机，其特征在于应用了如权利要求1所述的双闭环控制器。
【专利摘要】本发明提供一种永磁同步电机的双闭环控制方法：A、检测永磁同步电机的三相电流、实际转速、转子位置角，三相电流经过变换得到出d-q 轴坐标系下的定子电流；B、将电机实际转速与期望转速经过转速环分数阶控制器后得到q轴参考电流；将d轴电流、d轴参考电流经过电流环分数阶控制器后得到d轴电压，将q轴电流、q轴参考电流经过电流环分数阶控制器后得到q轴电压；C、将d-q轴电压和转子位置角，经过一系列变换后输出三相电压实现对永磁同步电机控制。还提供一种永磁同步电机的双闭环控制器。该控制器克服现有对电流环采用整数阶控制时适用性差、抗干扰能力弱的缺陷，使电机获得更优转速动态性能和抗负载跳变能力，提高电机系统效率。
【IPC分类】H02P21-14
【公开号】CN104617850
【申请号】CN201410851746
【发明人】文家燕, 高远, 刘传国, 梁程华, 娄妙树, 胡杭芳
【申请人】广西科技大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2014年12月31日