基于复矢量的异步电机低频解耦控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于复矢量的异步电机低频解耦控制方法，通过改进一种复矢量电流解耦控制策略，对电机内部的交叉耦合、反电动势耦合和数字控制延时产生的耦合都进行补偿，在实现有效解耦基础上简化了控制算法；本发明专利技术的解耦控制方案能有效提高电流环的解耦能力，增强系统动态响应能力；本发明专利技术的改进型复矢量控制策略对电机内部的交叉耦合、反电动势耦合都进行补偿，则可以有力的减小控制系统的交叉耦合，增强系统的的动态性能和稳态性能；本发明专利技术的改进型复矢量控制策略能有效减小电流之间的耦合，增强系统的动态性能。增强系统的动态性能。增强系统的动态性能。

【技术实现步骤摘要】
基于复矢量的异步电机低频解耦控制方法


[0001]本专利技术涉及一种电机控制技术，特别涉及一种基于复矢量的异步电机低频解耦控制方法。

技术介绍

[0002]电流控制器是矢量控制系统的核心组成部分，其性能的好坏直接影响电机转矩和磁链的解耦效果，影响电机的转矩响应速度，甚至关系到控制系统能否稳定。
[0003]异步电机的数学模型在三相静止坐标系(abc坐标系)下是一个高阶、非线性、强耦合的复杂系统，通过坐标变换，将三相静止坐标系下的电机模型转化到两相旋转坐标系(dq坐标系)下，可以大大简化电机模型，实现电机磁链与转矩的解耦控制。但是，在旋转坐标系下，异步电机自身仍然存在交叉耦合。感应电机内部的耦合包含两个部分：一是由同步旋转坐标变换在定子侧引入的交叉耦合分量，另一个是电机自身转子侧对定子侧的反电动势耦合分量。此外，在大功率牵引传动系统中，为了降低开关损耗，开关器件通常工作在较低的开关频率下，由此产生的数字控制延时也会给系统带来严重的交叉耦合、降低系统的动态性能。
[0004]传统PI控制器结构简单，因此在实际工程中应用较为广泛，但传统PI控制器未计及电机定子电流励磁分量和转矩分量之间的耦合效应，在电机运行的中高速区段控制性能较差；在电机精确复矢量模型的基础上设计的复矢量电流控制器结构复杂，数字实现十分困难，且该控制器的性能受离散化方法精度的影响较大，不利于实际工程应用。

技术实现思路

[0005]针对异步电机控制低开关频率下的数字控制延时及电机自身解耦问题，提出了一种基于复矢量的异步电机低频解耦控制方法，对电机内部的交叉耦合、反电动势耦合和数字控制延时产生的耦合都进行补偿，有效的减小控制系统的交叉耦合，增强系统的动态性能和稳态性能。
[0006]本专利技术的技术方案为：一种基于复矢量的异步电机低频解耦控制方法，异步电机输出电流i
se
与指令电流i
se*
差值进入复矢量电流控制器，在复矢量电流控制器内实现电机内部的交叉耦合和数字控制延时产生的耦合补偿，复矢量电流控制器输出电压矢量调节量，再叠加电机的电压矢量补偿分量V
es_ff
，获得定子指令电压u
se*
，与同步坐标系下的反电动势分量e
se
差值送入控制对象异步电机后，获得异步电机输出电流i
se
，构成电流闭环控制；
[0007]所述复矢量电流控制器为：
[0008]所述电压矢量补偿分量为：
[0009]其中，复矢量电流控制器系数k
c
的大小根据系统电流环带宽ω
cb
自行设计；漏磁系数σ＝1
‑
L
s2
/(L
m
L
r
)；L
s
为定子侧等效自感；L
m
为定转子等效互感；L
r
为转子侧等效自感；R
s
’
＝R
s
+(L
m
/L
r
)2R
r
，R
s
、R
r
分别为定、转子各相绕组电阻；ω1为定转子同步角速度；ω
br
＝R
r
/L
r
‑
jω
r
，ω
r
为转子角速度；转子磁链Ψ
r
＝Ψ
rd
+jΨ
rq
，Ψ
rd
、Ψ
rq
为转子d、q轴磁链。
[0010]进一步，所述电流闭环控制传递函数变为：
[0011][0012]其中，G
p
为同步旋转坐标系下异步电机的复矢量简化模，
[0013][0014]进一步，所述复矢量电流控制器系数k
c
可按PI控制器的两个参数划归到一个参数k
c
的调节进行设计，k
p
＝k
c
·
σL
s
，k
i
＝k
c
·
R
s
’
，k
c
的大小根据系统电流环带宽ω
cb
自行设计。
[0015]本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于复矢量的异步电机低频解耦控制方法，通过改进一种复矢量电流解耦控制策略，在实现有效解耦基础上简化了控制算法，从而提高了工程效益和实现价值；本专利技术的解耦控制方案能有效提高电流环的解耦能力，增强系统动态响应能力；本专利技术的改进型复矢量控制策略对电机内部的交叉耦合、反电动势耦合都进行补偿，则可以有力的减小控制系统的交叉耦合，增强系统的稳态性能；本专利技术的改进型复矢量控制策略能有效减小电流之间的耦合，增强系统的动态性能。
附图说明
[0016]图1为本专利技术基于复矢量的异步电机低频解耦控制方法控制框图；
[0017]图2为dq坐标系下感应电机的复矢量信号流图；
[0018]图3为电流环数字控制时序图；
[0019]图4为不对称规则采样产生的相位延时图；
[0020]图5a为电压矢量作用效果示意图一；
[0021]图5b为电压矢量作用效果示意图二；
[0022]图6为本专利技术带延时补偿的同步电流控制器的复矢量控制框图；
[0023]图7a为本专利技术延时补偿前电流控制器的仿真结果图；
[0024]图7b为本专利技术延时补偿后电流控制器的仿真结果图；
[0025]图8为本专利技术复矢量电流解耦控制系统电流环的标量控制框图；
[0026]图9a为前馈解耦控制的dq轴电流响应仿真曲线图；
[0027]图9b为反馈解耦控制的dq轴电流响应仿真曲线图；
[0028]图9c为本专利技术改进型复矢量解耦控制器的dq轴电流响应仿真曲线图；
[0029]图10a为前馈解耦控制的dq轴电流响应实验波形图；
[0030]图10b为反馈解耦控制的dq轴电流响应实验波形图；
[0031]图10c为本专利技术改进型复矢量解耦控制器的dq轴电流响应实验波形图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0033]基于复矢量的异步电机低频解耦控制方法包括基于电压矢量幅值和相位修正的延时补偿策略，该延时补偿策略能有效补偿由于数字控制延时产生的电压误差；在此基础上，按照复矢量控制器的设计思路改进复矢量控制，在实现有效解耦基础上简化了控制算法，对电机内部的交叉耦合、反电动势耦合和数字控制延时产生的耦合都进行补偿。通过理论分析和实验结果证明，本专利技术所提的解耦控制方案能有效提高电流环的解耦能力，增强系统动态响应能力。
[0034]如图1所示本专利技术基于复矢量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复矢量的异步电机低频解耦控制方法，其特征在于，异步电机输出电流i
se
与指令电流i
se*
差值进入复矢量电流控制器，在复矢量电流控制器内实现电机内部的交叉耦合和数字控制延时产生的耦合补偿，复矢量电流控制器输出电压矢量调节量，再叠加电机的电压矢量补偿分量V
es_ff
，获得定子指令电压u
se*
，与同步坐标系下的反电动势分量e
se
差值送入控制对象异步电机后，获得异步电机输出电流i
se
，构成电流闭环控制；所述复矢量电流控制器为：所述电压矢量补偿分量为：其中，复矢量电流控制器系数k
c
的大小根据系统电流环带宽ω
cb
自行设计；漏磁系数σ＝1
‑
L
s2
/(L
m
L
r
)；L
s
为定子侧等效自感；L
m
为定转子等效互感；L
r
为转子侧等效自感；R
s
’
＝R
s
+(L
m
/L
r
)2R
r
，R
s

【专利技术属性】
技术研发人员：房玲，祝冲冲，王珊珊，王云鹏，段续皇，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零四研究所，
类型：发明
国别省市：