一种永磁同步电机的高精度电流补偿系统及补偿方法技术方案

本发明专利技术提供一种永磁同步电机的高精度电流补偿系统，本发明专利技术通过电流的给定和电流的反馈，经过电流控制器，会产生输出的电压。电压经过SVPWM算法，再经过逆变器，加到电机，形成闭环控制；这一闭环控制主要通过速度给定值的变化趋势设定算法进行计算反馈电流，以及负载转矩中速度反馈占额定值的比例作为调节系数，增加转矩补偿的速度相关性，即在电流环的给定上通过补偿算法给到精确补偿，从电流给定信号iq*的角度提高控制性能。iq*的角度提高控制性能。iq*的角度提高控制性能。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机的高精度电流补偿系统及补偿方法


[0001]本专利技术涉及永磁同步电机
，具体涉及一种永磁同步电机的高精度电流补偿系统及补偿方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电动机主要是由转子、端盖及定子等各部件组成。永磁同步电动机的定子结构与普通的感应电动机的结构非常相似，转子结构与异步电动机的最大不同是在转子上放有高质量的永磁体磁极，根据在转子上安放永磁体的位置的不同，永磁同步电动机通常被分为表面式转子结构和内置式转子结构。
[0003]永磁同步电机在应用于数控机床和工业机器人的时候，对于运动控制的精度和速度需要有着十分精准的控制，最广泛的应用为位置控制。
[0004]现有技术中，专利公告号为CN102075127B的专利技术专利中公开了一种永磁同步电机伺服驱动装置及其位置控制方法，提出了除采用通用的控制器结构外，还利用速度反馈的校正信息，有效减小位置跟随偏差；本专利技术提出的永磁同步电机伺服驱动装置的位置控制方法通过设计利用速度模型偏差的转矩观测器来补偿扰动。
[0005]永磁同步电机的控制算法有很多种，其中比较成熟的是比例积分控制(PI)和直接转矩控制，。PI控制具有良好的稳态控制性能，但动态性能较差，如果反应快，就要牺牲响应速度，直接转矩控制有很快的响应速度和很好的抗参数能力，但本质上是滞后控制，即使在静止状态下，电流也会不断波动，随着新型电磁材料的使用和功率器件的现代化，有可能在一个电流周期内完成更复杂的算法，其中采用了新的高精度永磁同步发动机控制算法。综上即传统控制中电流没有补偿，速度的动态性能收到影响，同时现有的补偿方法，不能综合速度对于电流性能的影响和需要。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决现有技术的缺点，而提出了一种永磁同步电机的高精度电流补偿系统及补偿方法。
[0007]本专利技术提供了如下的技术方案：
[0008]一种永磁同步电机的高精度电流补偿系统，包括速度控制器、电流控制器、SVPWM矢量调制模块、逆变器、电机、电流传感器、位置传感器；
[0009]所述速度控制器，用于速度给点和速度反馈比较，得到电流的给定值；
[0010]所述电流控制器，包括电流环结构，用于接收电流的给定和电流的反馈，产生输出电压，所述电流的给定设有对电流给定信号的精确补偿，进而提高了电流给定信号的控制性能；
[0011]所述SVPWM调制模块，用于空间矢量脉宽调制，根据输入的αβ轴下的电压指计算得到PWM脉冲信号；
[0012]所述逆变器，用于根据PWM脉冲信号控制开关，生成控制电机的电压；
[0013]所述电流传感器，用于经SVPWM调制模块输出的i
a
和i
b
坐标变换计算并反馈给电流控制器的电流环；
[0014]所述位置传感器，用于采集电机的电角度。
[0015]优选的，所述补偿包括对速度环的控制器输出、反馈电流的补偿电流输出和负载转矩的补偿电路输出，电流给定信号表达式为：
[0016]i
q*
＝i
q1*
+i
q2*
+i
q3*
ꢀꢀꢀ
(1)
[0017]公式1中，i
q*
为电流给定信号，i
q1*
为速度控制器向电流环输出的给定电流，i
q2*
为反馈补偿电流，i
q3*
为负载转矩的补偿电流。
[0018]优选的，所述反馈电流的补偿电流输出根据速度给定值变化趋势进行设定，当速度给定值处于上升趋势且上升趋势为大范围，补偿为正的较大值；当速度给定值处于下降趋势且下降趋势为大范围，补偿为负的较大值；当速度给定值接近极值，补偿值减小；反馈电流补偿信号表达式为：
[0019][0020]其中是给定速度，是当前变化趋势的极大值，K1取值范围为0.01
‑
0.1，Δt为变化的时间间隔。
[0021]优选的，所述负载转矩的补偿根据电机的输出转矩和转矩观测的输出转矩，再通过计算推算出电机的负载转矩并对其进行补偿计算，表达式为：
[0022][0023]其中是电机实际运行的额定转速，ω
γ
是实际反馈的转速，是观测的转矩值，是转矩电流系数，K2取值范围为0.1
‑
0.6。
[0024]优选的，所述电机实际运行的额定转速和实际反馈的转速形成速度相对的比例，形成转矩补偿的调节系数，增加转矩补偿的速度相关性。
[0025]优选的，所述转矩的观测值通过是根据式4参考模型和式5可调节模型设计转矩观测器进行计算，具体公式如下：
[0026]Jω
γ
s＝T
e
‑
T
L
‑
Bω
γ
ꢀꢀꢀ
(4)
[0027][0028]其中J表示转动惯量，ω
γ
是实际反馈的转速，s表示微分算子，T
e
表示电磁转矩，T
L
为负载转矩，B为滑动摩擦系数，e为速度模型的偏差，为可调节模型的观测速度，为负载转矩的观测值；
[0029]其中速度模型的偏差为：
[0030][0031]将式4和式5相减得到状态误差：
[0032][0033]优选的，为正实的传递函数，因此得到负载转矩的观测规律，其表达式为：
[0034][0035]其中K
L1
为转矩观测的积分系数，K
LP
为转矩观测的比例系数。
[0036]一种优选的永磁同步电机的高精度电流补偿方法，其特征在于，具体步骤如下：
[0037]S1、对电机的转子位置θ进行检测，以及电流控制器产生的输出电压经SVPWM算法，在一个周期内对多次施加非零矢量和零矢量，使得电压空间矢量接近圆轨迹旋转，并输出的三相电流中的i
a
和i
b
；
[0038]S2、电流传感器通过反馈电流给到的ia和ib的坐标变换计算得到反馈电流的id和iq；
[0039]S3、通过位置传感器根据电机角速度和电流进行负载转矩观测，得到负载转矩观测值
[0040]S4、位置传感器采集电机的实际运转角速度，同时接收反馈的转速，两者通过微分运算，作为负载转矩的补偿电流并给到电流控制器；
[0041]S5、根据电机运转角速度的速度给定值变化趋势，对iq进行补偿设定计算，得到反馈补偿电流i
q2*
；
[0042]S6、速度控制器的速度环输出电流i
q1*
，在配合反馈补偿电流i
q2*
和负载转矩的补偿电流计算得出电流给定信号i
q*
，并将电流给定信号i
q*
给到电流控制器，同时d轴转矩电流给定值i
d*
给到电流控制器，但对于d轴电流的设定为i
d*
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机的高精度电流补偿系统，其特征在于，包括速度控制器、电流控制器、SVPWM矢量调制模块、逆变器、电机、电流传感器、位置传感器；所述速度控制器，用于速度给点和速度反馈比较，得到电流的给定值；所述电流控制器，包括电流环结构，用于接收电流的给定和电流的反馈，产生输出电压，所述电流的给定设有对电流给定信号的精确补偿，进而提高了电流给定信号的控制性能；所述SVPWM调制模块，用于空间矢量脉宽调制，根据输入的αβ轴下的电压指计算得到PWM脉冲信号；所述逆变器，用于根据PWM脉冲信号控制开关，生成控制电机的电压；所述电流传感器，用于经SVPWM调制模块输出的i
a
和i
b
坐标变换计算并反馈给电流控制器的电流环；所述位置传感器，用于采集电机的电角度。2.根据权利要求1所述的一种永磁同步电机的高精度电流补偿系统，其特征在于，所述补偿包括对速度环的控制器输出、反馈电流的补偿电流输出和负载转矩的补偿电路输出，电流给定信号表达式为：i
q*
＝i
q1*
+i
q2*
+i
q3*
ꢀꢀꢀꢀ
(1)公式1中，i
q*
为电流给定信号，i
q1*
为速度控制器向电流环输出的给定电流，i
q2*
为反馈补偿电流，i
q3*
为负载转矩的补偿电流。3.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机的高精度电流补偿系统，其特征在于，所述反馈电流的补偿电流输出根据速度给定值变化趋势进行设定，当速度给定值处于上升趋势且上升趋势为大范围，补偿为正的较大值；当速度给定值处于下降趋势且下降趋势为大范围，补偿为负的较大值；当速度给定值接近极值，补偿值减小；反馈电流补偿信号表达式为：其中是给定速度，是当前变化趋势的极大值，K1取值范围为0.01
‑
0.1，Δt为变化的时间间隔。4.根据权利要求2所述的一种永磁同步电机的高精度电流补偿系统，其特征在于，所述负载转矩的补偿根据电机的输出转矩和转矩观测的输出转矩，再通过计算推算出电机的负载转矩并对其进行补偿计算，表达式为：其中是电机实际运行的额定转速，ω
γ
是实际反馈的转速，是观测的转矩值，是转矩电流系数，K2取值范围为0.1
‑
0.6。5.根据权利要求4所述的一种永磁同步电机的高精度电流补偿系统，其特征在于，所述电机实际运行的额定转速和实际反馈的转速形成速度相对的比...

【专利技术属性】
技术研发人员：任世杰，
申请(专利权)人：苏州拓达昆吾机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：