一种复矢量电流解耦控制方法、系统、装置及存储介质与流程

1.本发明涉及电机控制技术领域，尤其是一种复矢量电流解耦控制方法、系统、装置及存储介质。


背景技术：

2.永磁同步电机(permanent magnet synchronous motors,pmsm)具有效率高、功率密度大、转矩脉动小等特点，现广泛家用电器、工业伺服、电动汽车等领域。
3.在同步旋转坐标系下，dq轴电压方程仍存在交叉耦合项，尤其在弱磁扩速中，随着转速的升高，dq轴的其中任何一个子系统控制量发生动态变化时，带给另一个子系统的扰动会越来越严重，造成系统动态性能不佳。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
5.为此，本发明实施例的一个目的在于提供一种复矢量电流解耦控制方法、系统、装置及存储介质。
6.为了达到上述技术目的，本发明实施例所采取的技术方案包括：
7.一方面，本发明实施例提供了一种复矢量电流解耦控制方法，包括以下步骤：
8.确定永磁同步电机的复矢量模型的复数域传递函数；
9.将所述永磁同步电机的运行参数引入到所述复矢量模型，生成具有复数零点的电流环控制器的复矢量电流解耦控制律；
10.确定所述复矢量电流解耦控制律的预定参数，其中，所述预定参数下的所述复矢量电流解耦控制律的复数零点与所述复数域传递函数的极点对消；
11.通过所述电流环控制器输出控制信号。
12.进一步地，所述确定永磁同步电机的复矢量模型的复数域传递函数这一步骤，包括：
13.对复矢量进行定义；
14.将所述复矢量代入所述永磁同步电机的电压方程复矢量表达形式，得到所述复数域传递函数。
15.进一步地，所述复数域传递函数为：
[0016][0017]
其中，ls为永磁同步电机的定子电感，rs为定子电阻，ωe为电机电角速度。
[0018]
进一步地，所述确定所述复矢量电流解耦控制律的预定参数这一步骤，包括：
[0019]
确定所述电流环控制器的d轴电流参考值和d轴电流实际值的第一误差；
[0020]
确定所述电流环控制器的q轴电流参考值和q轴电流实际值的第二误差；
[0021]
根据所述第一误差和所述第二误差确定所述复矢量电流解耦控制律的预定参数。
[0022]
进一步地，所述d轴电流参考值和所述q轴电流参考值，通过以下步骤确定：
[0023]
通过增量式编码器采集所述永磁同步电机的转速；
[0024]
通过分阻隔离电路采集直流母线电压；
[0025]
根据所述转速和所述直流母线电压，获得定子磁链参考值；
[0026]
根据所述定子磁链参考值以及预设的转矩值，获得所述电流环控制器的d轴电流参考值和q轴电流参考值。
[0027]
进一步地，所述通过所述电流环控制器输出控制信号这一步骤，包括：
[0028]
根据所述d轴电流实际值和所述q轴电流实际值，确定d轴电压参考值和q轴电压参考值；
[0029]
通过所述电流环控制器输出所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值；
[0030]
对所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值直交变换和空间矢量脉宽调制，得到所述控制信号。
[0031]
进一步地，所述根据所述d轴电流参考值和所述q轴电流参考值，确定d轴电压参考值和q轴电压参考值这一步骤，包括：
[0032]
根据所述d轴电流实际值和所述q轴电流实际值，获得d轴电压实际值和q轴电压实际值；
[0033]
根据d轴电压实际值和q轴电压实际值，确定电压误差值；
[0034]
将所述电压误差值通过一阶低通滤波器，得到所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值。
[0035]
另一方面，本发明实施例提出了一种复矢量电流解耦控制系统，包括：
[0036]
第一模块，用于确定永磁同步电机的复矢量模型的复数域传递函数；
[0037]
第二模块，用于将所述永磁同步电机的运行参数引入到所述复矢量模型，生成具有复数零点的电流环控制器的复矢量电流解耦控制律；
[0038]
第三模块，用于确定所述复矢量电流解耦控制律的预定参数，其中，所述预定参数下的所述复矢量电流解耦控制律的复数零点与所述复数域传递函数的极点对消；
[0039]
第四模块，用于通过所述电流环控制器输出控制信号。
[0040]
另一方面，本发明实施例提供了一种复矢量电流解耦控制装置，包括：
[0041]
至少一个处理器；
[0042]
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
[0043]
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实现所述的复矢量电流解耦控制方法。
[0044]
另一方面，本发明实施例提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现所述的复矢量电流解耦控制方法。
[0045]
本发明公开了一种复矢量电流解耦控制方法，具备如下有益效果：
[0046]
本实施例通过确定永磁同步电机的复矢量模型的复数域传递函数；将所述永磁同步电机的运行参数引入到所述复矢量模型，生成具有复数零点的电流环控制器的复矢量电流解耦控制律；确定所述复矢量电流解耦控制律的预定参数，其中，所述预定参数下的所述复矢量电流解耦控制律的复数零点与所述复数域传递函数的极点对消；通过所述电流环控制器输出控制信号。通过这种方法能够有效改善电机实际运行时由于电机参数摄动或未知
扰动存在时电流解耦效果不理想问题，提高系统的鲁棒性和动态性能。
附图说明
[0047]
为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员来说，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
[0048]
图1为本技术实施例中提供的一种复矢量电流解耦控制方法的实施环境示意图；
[0049]
图2为本发明实施例提供的一种复矢量电流解耦控制方法的步骤流程图；
[0050]
图3为本发明实施例提供的一种复矢量电流解耦控制方法的流程示意图；
[0051]
图4为本发明实施例提供的一种复矢量电流解耦控制系统的结构示意图；
[0052]
图5为本发明实施例提供的一种复矢量电流解耦控制装置的结构示意图。
具体实施方式
[0053]
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0054]
在本发明实施例的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数，“至少一个”是指一个或者多个，“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。如果有描述到“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
[0055]
需要说明的是，本发明实施例中设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明实施例中的具体含义。例如，术语“连接”可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
[0056]
在本发明实施例的描述中，参考术语“一个实施例/实施方式”、“另一实施例/实施方式”或“某些实施例/实施方式”、“在上述实施例/实施方式”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少两个实施例或实施方式中。在本公开中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的示实施例或实施方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或实施方式中以合适的方式结合。
[0057]
需要说明的是，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0058]
永磁同步电机(permanent magnet synchronous motors,pmsm)具有效率高、功率密度大、转矩脉动小等特点，现广泛家用电器、工业伺服、电动汽车等领域。为了方便实现对永磁同步电机的控制，通常在转子磁场定向的同步旋转坐标系对其分析，将定子电流分解为d轴的励磁分量和q轴转矩分量，以获得和独立励磁直流电机对两分量一样的独立控制性
能。
[0059]
在同步旋转坐标系下，dq轴电压方程仍存在交叉耦合项，因此采取解耦策略对该耦合项进行补偿是实现dq轴两个控制子系统独立控制的关键。尤其在弱磁扩速中，随着转速的升高，dq轴的其中任何一个子系统控制量发生动态变化时，带给另一个子系统的扰动会越来越严重，造成系统动态性能不佳。
[0060]
对于过反馈电流和转速直接计算电压耦合项进行补偿的电压前馈解耦控制(voltage feedforward decoupling control，vfdc)，该策略易于实现，但依赖准确的电机参数，鲁棒性不强。
[0061]
为了提高动态解耦效果，可以采用内模控制、偏差控制的电流解耦策略，这两种策略均具有较好的鲁棒性，但进行耦合补偿计算仍依赖电机参数，且存在积分项，进入稳态前存在欠阻尼振荡，电机参数摄动时解耦效果不佳。神经网络逆系统的解耦控制，应对外部扰动以及参数摄动问题表现出强鲁棒性，但对神经网络的训练需要大量样本，且难以广泛应用。
[0062]
为此，本技术提出了一种复矢量电流解耦控制方法、系统、装置及存储介质，通过确定永磁同步电机的复矢量模型的复数域传递函数；将所述永磁同步电机的运行参数引入到所述复矢量模型，生成具有复数零点的电流环控制器的复矢量电流解耦控制律；确定所述复矢量电流解耦控制律的预定参数，其中，所述预定参数下的所述复矢量电流解耦控制律的复数零点与所述复数域传递函数的极点对消；通过所述电流环控制器输出控制信号。通过这种方法能够有效改善电机实际运行时由于电机参数摄动或未知扰动存在时电流解耦效果不理想问题，提高系统的鲁棒性和动态性能。
[0063]
图1是本技术实施例提供的一种复矢量电流解耦控制方法的实施环境示意图。参照图1，该实施环境的软硬件主体主要包括操作终端101和服务器102，操作终端101与服务器102通信连接。其中，该复矢量电流解耦控制方法可以单独配置于操作终端101执行，也可以单独配置于服务器102执行，或者基于操作终端101与服务器102二者之间的交互来执行，具体可以根据实际应用情况进行适当的选择，本实施例对此并不作具体限定。此外，操作终端101与服务器102可以为区块链中的节点，本实施例对此并不作具体限定。
[0064]
具体地，本技术中的操作终端101可以包括但不限于智能手表、智能手机、电脑、个人数字助理(personal digital assistant，pda)、智能语音交互设备、智能家电或者车载终端中的任意一种或者多种。服务器102可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、cdn(content delivery network，内容分发网络)以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。操作终端101与服务器102之间可以通过无线网络或有线网络建立通信连接，该无线网络或有线网络使用标准通信技术和/或协议，网络可以设置为因特网，也可以是其它任何网络，例如包括但不限于局域网(local area network，lan)、城域网(metropolitan area network，man)、广域网(wide area network，wan)、移动、有线或者无线网络、专用网络或者虚拟专用网络的任何组合。
[0065]
图2是本技术实施例提供的一种复矢量电流解耦控制方法的流程图，该方法的执行主体可以是操作终端或者服务器中的至少一者，图2中以该复矢量电流解耦控制方法配
置于操作终端执行为例进行说明。参照图2，该复矢量电流解耦控制方法包括但不限于步骤110至步骤140。
[0066]
步骤110：确定永磁同步电机的复矢量模型的复数域传递函数；
[0067]
步骤120：将所述永磁同步电机的运行参数引入到所述复矢量模型，生成具有复数零点的电流环控制器的复矢量电流解耦控制律；
[0068]
步骤130：确定所述复矢量电流解耦控制律的预定参数，其中，所述预定参数下的所述复矢量电流解耦控制律的复数零点与所述复数域传递函数的极点对消；
[0069]
步骤140：通过所述电流环控制器输出控制信号。
[0070]
具体地，如图2、图3所示，通过反馈的转速、直流母线电压信号获取电流环的参考电流值并在复矢量电流解耦控制的基础上结合扰动观测器设计电流环控制器，电流环控制器输出dq轴给定参考电压最后通过反park变换与svpwm调制输出控制逆变器的pwm信号。
[0071]
通过确定永磁同步电机的复矢量模型的复数域传递函数；将所述永磁同步电机的运行参数引入到所述复矢量模型，生成具有复数零点的电流环控制器的复矢量电流解耦控制律；确定所述复矢量电流解耦控制律的预定参数，其中，所述预定参数下的所述复矢量电流解耦控制律的复数零点与所述复数域传递函数的极点对消；通过所述电流环控制器输出控制信号。通过这种方法能够有效改善电机实际运行时由于电机参数摄动或未知扰动存在时电流解耦效果不理想问题，提高系统的鲁棒性和动态性能。
[0072]
进一步作为可选的实施方式，所述确定永磁同步电机的复矢量模型的复数域传递函数这一步骤，包括：
[0073]
对复矢量进行定义；
[0074]
将所述复矢量代入所述永磁同步电机的电压方程复矢量表达形式，得到所述复数域传递函数。
[0075]
具体地，电压方程复矢量表达形式为：
[0076][0077]
式中，ls为pmsm的定子电感，rs为定子电阻，ψf为永磁体磁链，ωe为电机电角速度。
[0078]
进一步作为可选的实施方式，所述复数域传递函数为：
[0079][0080]
其中，分别为dq坐标系下的定子电流、电压复矢量形式，s为永磁同步电机的定子电感，rs为定子电阻，ωe为电机电角速度，j为虚数单位。
[0081]
进一步作为可选的实施方式，所述确定所述复矢量电流解耦控制律的预定参数这一步骤，包括：
[0082]
确定所述电流环控制器的d轴电流参考值和d轴电流实际值的第一误差；
[0083]
确定所述电流环控制器的q轴电流参考值和q轴电流实际值的第二误差；
[0084]
根据所述第一误差和所述第二误差确定所述复矢量电流解耦控制律的预定参数。
[0085]
具体地，根据给定的dq轴电流参考值与实际采集所得的dq轴电流id、iq之间
的误差设计电流环控制器，计算复矢量电流解耦控制律，抵消pmsm数学模型的复数域传递函数中随转速变化的耦合极点。
[0086]
进一步作为可选的实施方式，所述d轴电流参考值和所述q轴电流参考值，通过以下步骤确定：
[0087]
通过增量式编码器采集所述永磁同步电机的转速；
[0088]
通过分阻隔离电路采集直流母线电压；
[0089]
根据所述转速和所述直流母线电压，获得定子磁链参考值；
[0090]
根据所述定子磁链参考值以及预设的转矩值，获得所述电流环控制器的d轴电流参考值和q轴电流参考值。
[0091]
具体地，通过增量式编码器采集的电机转速以及分阻隔离电路采集直流母线电压计算定子磁链参考值通过人为设置给定的转矩值以及计算得到的定子磁链参考值在提前获取的d、q轴电流二维表格查找输出相应的电流解耦控制器参考电流值
[0092]
其中，定子磁链参考值的计算表达式为：
[0093][0094]
进一步作为可选的实施方式，所述通过所述电流环控制器输出控制信号这一步骤，包括：
[0095]
根据所述d轴电流实际值和所述q轴电流实际值，确定d轴电压参考值和q轴电压参考值；
[0096]
通过所述电流环控制器输出所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值；
[0097]
对所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值直交变换和空间矢量脉宽调制，得到所述控制信号。
[0098]
进一步作为可选的实施方式，所述根据所述d轴电流参考值和所述q轴电流参考值，确定d轴电压参考值和q轴电压参考值这一步骤，包括：
[0099]
根据所述d轴电流实际值和所述q轴电流实际值，获得d轴电压实际值和q轴电压实际值；
[0100]
根据d轴电压实际值和q轴电压实际值，确定电压误差值；
[0101]
将所述电压误差值通过一阶低通滤波器，得到所述d轴电压参考值和所述q轴电压参考值。
[0102]
具体地，计算实际采集dq轴电流id、iq经过标称模型后的输出值，并求取其与未经耦合补偿前的电压给定值之间的误差δu，该误差δu再经过一阶低通滤波器反馈至复矢量控制的pi环节输出端，得到参考电压u
′d、u
′q，最后加上耦合补偿项后得到控制器输出的dq轴给定参考电压随后，经过反park变换求取两相静止坐标系下的电压参考值，利用采集的直流母线电压通过svpwm生成三相逆变器的控制信号。
[0103]
根据前面所述，对本技术的一个具体实施例进行详细描述：
[0104]
定义复矢量代入求取永磁同步电机的电压方程复矢量表达形式，从而求取永磁同步电机的复矢量模型的复数域传递函数，传递函数存在随转速变化的耦合
极点；
[0105]
通过增量式编码器采集的电机转速以及分阻隔离电路采集直流母线电压计算定子磁链参考值通过人为设置给定的转矩值以及计算得到的定子磁链参考值在提前获取的d轴、q轴电流二维表格查找输出相应的电流解耦控制器参考电流值
[0106]
根据给定的dq轴电流参考值与实际采集所得的dq轴电流id、iq之间的误差设计电流环控制器，计算复矢量电流解耦控制律，从而抵消永磁同步电机的复矢量模型的复数域传递函数中随转速变化的耦合极点；
[0107]
为了观测永磁同步电机的复矢量模型与完全解耦后的数学模型之间的误差，设定扰动观测器的标称模型为实现完全解耦的数学模型，计算实际采集dq轴电流id、iq经过标称模型后的输出值，并求取其与未经耦合补偿前的电压给定值之间的误差δu，该误差δu再经过一阶低通滤波器反馈至复矢量控制的pi环节输出端，得到参考电压u
′d、u
′q，最后加上耦合补偿项后得到控制器输出的dq轴给定参考电压
[0108]
经过反park变换求取两相静止坐标系下的电压参考值，利用采集的直流母线电压通过svpwm生产三相逆变器的控制信号。
[0109]
其中，永磁同步电机的复矢量模型的复数域传递函为：
[0110][0111]
其中，分别为dq坐标系下的定子电流、电压复矢量形式，s为永磁同步电机的定子电感，rs为定子电阻，ωe为电机电角速度，j为虚数单位。
[0112]
抵消永磁同步电机的复矢量模型的复数域传递函中随转速变化的耦合极点，其表达式为
[0113][0114]
其中，k
p
、ki分别为控制器的比例、积分系数，为参考电流值，为反馈电流值，为电机的标称永磁磁链值。
[0115]
复矢量电流控制器输出的dq轴给定参考电压为：
[0116][0117]
其中，tf为一阶低通滤波器的时间常数，l
nd
、l
nq
分别为电机的d、q轴标称电感值，rn为标称电阻值。
[0118]
参照图4，本发明实施例提出的一种复矢量电流解耦控制系统，包括：
[0119]
第一模块401，用于确定永磁同步电机的复矢量模型的复数域传递函数；
[0120]
第二模块402，用于将所述永磁同步电机的运行参数引入到所述复矢量模型，生成
具有复数零点的电流环控制器的复矢量电流解耦控制律；
[0121]
第三模块403，用于确定所述复矢量电流解耦控制律的预定参数，其中，所述预定参数下的所述复矢量电流解耦控制律的复数零点与所述复数域传递函数的极点对消；
[0122]
第四模块404，用于通过所述电流环控制器输出控制信号。
[0123]
上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
[0124]
参照图5，本发明实施例提供了一种复矢量电流解耦控制装置，包括：
[0125]
至少一个处理器501；
[0126]
至少一个存储器502，用于存储至少一个程序；
[0127]
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器501执行时，使得所述至少一个处理器501实现图2所示的复矢量电流解耦控制方法。
[0128]
上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
[0129]
本发明实施例还提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现图2所示复矢量电流解耦控制方法。
[0130]
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。