一种基于已知电机参数的PI控制器系数自整定算法的制作方法

本发明涉及永磁电机控制，具体涉及一种基于已知电机参数的pi控制器系数自整定算法。

背景技术：

1、电机的pi参数整定方法是工程整定法，依靠工程经验直接在控制系统的实验中进行整定，包括：试凑法、临界比例法和一般调节法，此方法主要依靠经验的积累，且参数调试范围较大，因此往往整定用时较长。

2、但换用不同参数的电机都需要重复此方法再次进行手动整定，无法自适应不同的电机，传统的方式在进行参数调试中过程繁琐，因此本发明提供一种基于已知电机参数的pi控制器系数自整定算法。

技术实现思路

1、鉴于上述现有一种基于已知电机参数的pi控制器系数自整定算法存在的问题，提出了本发明，

2、因此，本发明目的是提供一种基于已知电机参数的pi控制器系数自整定算法，解决了永磁电机控制的问题，

3、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、一种基于已知电机参数的pi控制器系数自整定算法，包括有pi控制器参数整定以及二阶系统控制法，其特征在于，所述pi控制器参数整定包括以下内容：

5、首先推导出电机模型传递函数和串联结构pi控制模型传递函数，之后将电机模型传递函数的主极点与pi模型传递函数的零点相抵消，其中pi控制器输入输出表达式为：

6、output(t)＝kp·e(t)+ki·∫e(t)

7、通过对其进行拉普拉斯变换，从而得出：

8、

9、从而推导出pi结构传递函数表达式为：

10、

11、通过分析电流环系统，需要进行推导电机模型传递函数，在已知旋转d-q坐标系下，则可以得知永磁同步电机两相电压方程如下：

12、

13、

14、其中电角速度ωe、d-q轴电流id、iq为均可测量，其中电感l、磁链ψf均为电机参数，对永磁同步电机动态方程作进一步优化，得

15、

16、

17、其中以d-q轴任一电压－电流方程为例，电机小信号模型为：

18、

19、将其进行拉普拉斯变换后可以得知

20、u(s)＝ri(s)+ls·i(s)

21、由于电压为系统输入，电流为系统输出，故推导出电机模型的传递函数为：

22、优选地，所述pi控制器参数整定的foc控制时间周期设置为50us，根据拉普拉斯变换可得修正后的电机模型传递函数为：

23、

24、通过将时间常数τ设为50us，数值很小可以将其约等于即电机模型传递函数为：

25、

26、将pi控制器模型和电机模型结合起来，构成一个由两个一节惯性环节组成的传递函数，从q轴为例等效传递函数：

27、

28、其中iq*(s)为电流目标值的拉氏变换，iq(s)为电流测量值的拉氏变换。

29、优选地，所述pi控制器参数整定中有一个零点和两个极点，通过将零点与主极点相抵消使电机模型成为一阶系统，故零极点相消的条件为：

30、

31、抵消后的系统开环传递函数gloop(s)表达式为

32、

33、而此式为典型i型系统，通过代入闭环增益公式，化简后得到

34、

35、优选地，二阶系统控制法通过二阶系统传递函数的典型结构，转换后的表达式如下：

36、

37、将其算式与

38、

39、进行联立，从而得出

40、

41、通过选取工程阻尼比ξ的数值，从而得到电流环pi控制系数；

42、

43、通过对电机模型的主极点和pi控制模型的零点进行零极点相消，避免电机系统存在二阶复极点，从而使pi控制器和电机两部分组合后的完整系统成为一个二阶系统，通过与典型的二阶传递函数比对，选取最佳工程阻尼比ξ时系统综合性能最优，联立等式推导出kp和ki的表达式，从而得出对此数学模型进行仿真，测试由推导公式计算出的kp、ki值在电机控制系统中的性能，仿真流程搭建。

44、1、本发明的数学模型计算得到的pi系数下，电流环性能良好，电机转速响应迅速，稳定运行在目标转速值附近，返回的电流值抖动较少，响应迅速，故本发明的数学模型对于已知参数的电机，可以起到很好的辅助调参作用，如在实际环境中电机存在些许抖动，可以在计算出的pi系数值附近再做调整，对比传统大范围下的经验调参，本发明可以极大的提升调参效率。

45、2、本发明从提高调参效率和自适应性的角度出发，设计数学模型将pi控制器参数整定和二阶系统最优控制法结合，实现pi参数自动整定，模型分为三个步骤，首先推导出电机模型传递函数和串联结构pi控制模型传递函数，之后将电机模型传递函数的主极点与pi模型传递函数的零点相抵消，使二阶系统变为一阶系统，最后利用二阶系统最佳阻尼比计算出kp和ki的取值，算法可以避免经验调参，减少手动调参的繁琐工作量，提升调试效率，代入合适的电机参数，选择合适的电流环带宽，可以兼容不同电机，从而提高代码的自适应性，算法复杂度不高，并且在硬件上基于cortex-m0内核实现。

技术特征：

1.一种基于已知电机参数的pi控制器系数自整定算法，包括有pi控制器参数整定以及二阶系统控制法，其特征在于，所述pi控制器参数整定包括以下内容：

2.根据权利要求1所述的一种基于已知电机参数的pi控制器系数自整定算法，其特征在于，所述pi控制器参数整定的foc控制时间周期设置为50us，根据拉普拉斯变换可得修正后的电机模型传递函数为：

3.根据权利要求1所述的一种基于已知电机参数的pi控制器系数自整定算法，其特征在于，所述pi控制器参数整定中有一个零点和两个极点，通过将零点与主极点相抵消使电机模型成为一阶系统，故零极点相消的条件为：

4.根据权利要求3所述的一种基于已知电机参数的pi控制器系数自整定算法，其特征在于，二阶系统控制法通过二阶系统传递函数的典型结构，转换后的表达式如下：

技术总结
本发明公开了一种基于已知电机参数的PI控制器系数自整定算法，涉及永磁电机控制技术领域，包括有PI控制器参数整定以及二阶系统控制法，所述PI控制器参数整定包括以下内容：首先推导出电机模型传递函数和串联结构PI控制模型传递函数，之后将电机模型传递函数的主极点与PI模型传递函数的零点相抵消，本发明的数学模型计算得到的PI系数下，电流环性能良好，电机转速响应迅速，稳定运行在目标转速值附近，返回的电流值抖动较少，响应迅速，故本发明的数学模型对于已知参数的电机，可以起到很好的辅助调参作用，如在实际环境中电机存在些许抖动，可以在计算出的PI系数值附近再做调整，对比传统大范围下的经验调参，本发明可以极大的提升调参效率。

技术研发人员：吴德钦,冉启海,王明江
受保护的技术使用者：深圳市宇思半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14