基于预测方式的感应电机电流控制方法及其电流控制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种感应电机的电流控制方法及其装置。
【背景技术】
[0002] 感应电机的矢量控制系统中，绝大多数都采用两环控制形式，内环是电流控制环 (或者叫转矩控制环），外环是速度控制环，其中最关键的控制模块就是电流控制模块（或 者叫转矩控制模块），电流控制模块的动态和稳态性能直接决定了整个感应电机驱动系统 的性能优劣。目前电流控制模块比较常见的是PID控制（比例积分微分控制）模式或者改 进后的PID控制模式，此模式技术成熟稳定，应用广泛，但也存在以下问题和不足：
[0003] 1、PID方法参数调节过程比较复杂，需要具有一定经验的专业技术人员才能完 成；
[0004] 3、PID控制本质上是滞后控制，决定了其动态响应性能不佳，很容易产生超调或者 回调，并且其幅频特性的截止频率较低；
[0005] 2、即便是专业技术人员，调试出来的PID参数在某些场合也未必合适，有可能导 致电流震荡或者失控，进而导致矢量控制系统的功率模块报警甚至损坏。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种感应电机电流控制方法，其能够获得用 于对感应电机的定子M轴电流和定子T轴电流进行控制的定子M轴电压和定子T轴电压， 且不会出现控制滞后的现象，简单易行。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：
[0008] 基于预测方式的感应电机电流控制方法，包括以下步骤：
[0009] 接收定子M轴给定电流信号、定子M轴反馈电流信号、定子T轴给定电流信号以及 定子T轴反馈电流信号；
[0010] 将前一时刻的定子M轴给定电流UmGc-I)乘以鲁棒性系数a再加上当前 时刻的定子M轴反馈电流iml(k)乘以鲁棒性系数0，得到中间结果A，即A=a*iml 时〇^-1) + 0*11111〇〇，其中，〇〈€1〈1，〇〈0〈1，并且，€[+0=1;
[0011] 将前一时刻的定子T轴给定电流itlMf(k-l)乘以鲁棒性系数a再加上当前 时刻的定子T轴反馈电流itl(k)乘以鲁棒性系数0，得到中间结果B，即，B=a*itl ref(k-l) + |3 *itl(k)；
[0012] 根据感应电机参数^'^和^以及实时接收的感应电机转子角速度^^计 算系数C、D和E，系！
E= ?i(is--其中， &是感应电机定子绕组电阻，R2是感应电机转子绕组电阻，Ls是感应电机定子绕组电感，L, 是感应电机转子绕组电感，k是感应电机绕组互感；
[0013] 将所述系数C乘以当前时刻的定子M轴电流给定值iml,ef (k)，再加上所述系数D 乘以所述中间结果A，再减去所述系数E乘以所述中间结果B，得到当前时刻的定子M轴电 压uml(k);即uml(k) =CXimlref(k) + (DXA)-(EXB);
[0014]将所述系数C乘以当前时刻的定子T轴电流给定值itl (k)，再加上所述系数D 乘以所述中间结果B，再加上所述系数E乘以所述中间结果A，得到当前时刻的定子T轴电 压utl (k)，即utl (k) =CXitl-ref (k) +(DXB) +(EXA)。
[0015] 本发明还提供了感应电机的电流控制器，包括：
[0016] 电流信号接收单元，用于接收定子M轴给定电流信号、定子M轴反馈电流信号、定 子T轴给定电流信号以及定子T轴反馈电流信号；
[0017] 第一中间结果计算单元，用于将前一时刻的定子M轴给定电流UmQc-I)乘以鲁 棒性系数a再加上当前时刻的定子M轴反馈电流UG0乘以鲁棒性系数0，得到中间结 果A，即A=a*iml-ref (k_l) + |3 *iml (k)，其中，0〈a〈1，〇〈 |3〈1，并且，a+|3 = 1 ;
[0018] 第二中间结果计算单元，用于将前一时刻的定子T轴给定电流itl_Mf (k-1)乘以鲁 棒性系数a再加上当前时刻的定子T轴反馈电流itl(k)乘以鲁棒性系数0，得到中间结 果B，即，B=a*itl-re;f(k-l) + |3*itl(k);
[0019] 系数计算单元，用于根据感应电机参数札、R2、Ls、L,和Lm以及实时接收的感应电 机转子角速度《i，计算系数C、D和E，系数C=|(A-，系数D= ，系数 匕丨....A E=叫队-^);其中，&是感应电机定子绕组电阻，R2是感应电机转子绕组电阻，Ls是感 应电机定子绕组电感，L是感应电机转子绕组电感，1^是感应电机绕组互感；
[0020] 定子M轴电压确定单元，用于将所述系数C乘以当前时刻的定子M轴电流给定值 (k)，再加上所述系数D乘以所述中间结果A，再减去所述系数E乘以所述中间结果B， 得到当前时刻的定子M轴电压uml(k);即uml(k) =CXiml_Mf(k) + (DXA)-(EXB);
[0021] 定子T轴电压确定单元，用于将所述系数C乘以当前时刻的定子T轴电流给定值 (k)，再加上所述系数D乘以所述中间结果B，再加上所述系数E乘以所述中间结果A， 得到当前时刻的定子T轴电压utl (k)，即utl(k) =CXitl_ref (k) + (DXB) + (EXA)。
[0022] 采样上述技术方案后，本发明至少具有以下优点：
[0023] 1、本发明的感应电机电流控制方法不需要技术人员进行参数的调节，实现起来更 加简单。因为本发明的方法本身没有比例积分微分（PID)这些参数，本发明的方法需要的 参数是感应电机的定子电阻、定子电感和互感，这些参数可以通过变频器的参数自学习功 能获得的；
[0024] 2、本发明的电流控制方法不会有滞后现象，可以有效降低超调或者回调；
[0025] 3、本发明的电流控制方法不会产生电流震荡或者失控现象。PID控制方法产生震 荡甚至失控的根本原因在于它是一个滞后控制方法，本质上总是滞后一个控制周期，而本 发明的电流控制方法没有滞后现象，因而可以很好地解决电流震荡。
【附图说明】
[0026] 图1示出了根据本发明一实施例的电流控制器的原理示意图。
[0027] 图2示出了采用根据本发明一实施例的电流控制器的感应电机的矢量控制原理 示意图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对发明做出进一步说明。
[0029] 根据本发明一实施例的基于预测方式的感应电机电流控制方法，包括以下步骤：
[0030] 步骤a、接收定子M轴给定电流信号、定子M轴反馈电流信号、定子T轴给定电流信 号以及定子T轴反馈电流信号。
[0031] 在一种具体的实施方式中，所述的定子M轴反馈电流信号和定子T轴反馈电流信 号通过以下方式获得：通过变频器电流传感器测量获得感应电机定子的三相反馈电流Iu、 IV、IW，再经过三相-二相坐标系变换（Clark变换）和静止-旋转坐标系变换（Park变换） 后，得到定子M轴反馈电流信号和定子T轴反馈电流信号。这也是感应电机磁场定向矢量 控制的通常做法。
[0032] 步骤b、将前一时刻的定子M轴给定电流UmGc-I)乘以鲁棒性系数a再加上 当前时刻的定子M轴反馈电流iml(k)乘以鲁棒性系数|3，得到中间结果A，即A=a*iml_ 1^(让_1) + |3*;[1111(10，其中0〈€[〈1，0〈|3〈1，并且，（1+|3=1;优选地，（1=0.4，|3=0.6，但 不局限于这两个数值。在本实施例中，上述的前一时刻用k-1时刻表示，上述的当前时刻用 k时刻表示，k时刻与k-1时刻之差即为电流环采样控制周期。
[0033] 步骤c、将前一时刻的定子T轴给定电流itlMf (k-1)乘以鲁棒性系数a再加上 当前时刻的定子T轴反馈电流itl(k)乘以鲁棒性系数|3，得到中间结果B，即，B=a*itl_ ref(k-l) + |3 *itl (k) 〇
[0034] 步骤d、根据感应电机参数&、R2、Ls、LdPLm以及实时接收的感应电机转 子角速度《i，计算系数C、D和E，系数C=|(Ls -^)，系数D= ，系数 E= 其中，&是感应电机定子绕组电阻，R2是感应电机转子绕组电阻，Ls是感 应电机定子绕组电感，L是感应电机转子绕组电感，1^是感应电机绕组互感。
[0035] 在一具体的实施例中，上述的感应电机参数札、R2、Ls、、和Lm是通过变频器的电 机参数自学习功能获得，上述的感应电机转子角速度是通过速度传感器（比如光电编 码器、旋转变压器等等）检测获得。
[0036] 步骤e、将系数C乘以当前时刻的定子M轴电流给定值iml (k)，再加上系数D 乘以中间结果A，再减去系数E乘以中间结果B，得到当前时刻的定子M轴电压uml(k);即 uml (k) =CXimlref (k) +(DXA) -(EXB)。
[0037] 步骤f、将系数C乘以当前时刻的定子T轴电流给定值itl (k)，再加上系数D乘 以中间结果B，再加上系数E乘以中间结果A，得到当前时刻的定子T轴电压utl(k)，即utl(k) =CXitlref(k) + (DXB) + (EXA)。
[0038] 得到的当前时刻的定子M轴电压uml(k)和当前时刻的定子T轴电压utl(k)被输入 到Clark逆变换模块参与后面的运算，这个也是感应电机磁场定向矢量控制的通常做法。
[0039] 上述的公式uml(k) =CXiml-ref(k) + (DXA)_(EXB)和utl(k) =CXitl- (k) +(DXB) +(EXA)是依据于以下的推导而获得。
[0040] 公知的感应电机的M-T轴电压方程如下：
[0041]
公